RU2623094C1 - Method of measuring mutual delay of msk signals of packet radio networks in difference-range positioning system - Google Patents

Method of measuring mutual delay of msk signals of packet radio networks in difference-range positioning system Download PDF

Info

Publication number
RU2623094C1
RU2623094C1 RU2016117607A RU2016117607A RU2623094C1 RU 2623094 C1 RU2623094 C1 RU 2623094C1 RU 2016117607 A RU2016117607 A RU 2016117607A RU 2016117607 A RU2016117607 A RU 2016117607A RU 2623094 C1 RU2623094 C1 RU 2623094C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
duration
signals
received
vkf
Prior art date
Application number
RU2016117607A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Исполитович Вагин
Руслан Александрович Волков
Владимир Анатольевич Шашлов
Original Assignee
Анатолий Исполитович Вагин
Руслан Александрович Волков
Владимир Анатольевич Шашлов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Исполитович Вагин, Руслан Александрович Волков, Владимир Анатольевич Шашлов filed Critical Анатолий Исполитович Вагин
Priority to RU2016117607A priority Critical patent/RU2623094C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2623094C1 publication Critical patent/RU2623094C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: arrival time of the signal at the receiving point is measured by the time position of the posteriori probability density maximum constructed through the module of the resulting cross correlation function (CCF) calculated by means of partial CCF received at the receiving point with four harmonic oscillations of two frequencies with a duration equal to the duration of the received signal (packet). The CCF module is formed by elementary pulses of the modulating sequence, which makes it possible to obtain a narrow peak of the a posteriori probability density even with the unknown law of primary modulation. The phase increment for the duration of one elementary pulse of the modulating sequence is
Figure 00000042
.
EFFECT: increasing the accuracy of measuring the mutual delay of MSK signals of packet radio networks with the unknown law of primary modulation in the difference-range positioning systems due to the use of that MSK signal feature.
11 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в разностно-дальномерных системах определения координат источников радиоизлучений (ИРИ), использующих в качестве координатно-информативного параметра взаимную задержку принятых радиосигналов.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in differential-ranging systems for determining the coordinates of radio emission sources (IRI), using the mutual delay of the received radio signals as a coordinate-informative parameter.

Известны:Known:

1. Способ измерения взаимной задержки сигналов с программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) [1].1. A method of measuring the mutual delay of signals with software tuning of the operating frequency (MFC) [1].

2. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения [2].2. Difference-range measuring method for determining the coordinates of the source of radio emission [2].

3. Разностно-дальномерные многопозиционные радиотехнические системы [3, с. 228…241].3. Difference-range multi-position radio engineering systems [3, p. 228 ... 241].

4. Оценка разности моментов прихода сигналов группировкой пространственно-разнесенных малых космических аппаратов [4].4. Evaluation of the difference in the moments of arrival of signals by a grouping of spatially separated small spacecraft [4].

5. Определение времени задержки приема сигнала пространственно-разнесенными сверхмалыми космическими аппаратами [5].5. Determining the delay time of signal reception by spatially separated ultra-small spacecraft [5].

6. Определение местоположения источника шумоподобного сигнала с использованием корреляционной функции [7].6. Determining the location of the noise-like signal source using the correlation function [7].

Основным недостатком вышеперечисленных способов является то, что они требуют ретрансляции сигналов, принятых на периферийных пунктах приема (ППП), на центральный пункт приема и обработки (ЦППО), где производится их совместная взаимно корреляционная обработка. При этом взаимная задержка сигналов (ВЗС) соответствует положению максимума модуля взаимно корреляционной функции этих сигналов. Ретрансляция может осуществляться как в аналоговом, так и в цифровом виде. При этом для цифровой ретрансляции необходимо наличие шкалы единого времени на всех пунктах приема [7]. Необходимость ретрансляции сигналов с периферийных пунктов на центральный требует наличия высокоскоростных каналов передачи данных. А именно их отсутствие и является основным сдерживающим фактором широкого применения разностно-дальномерных систем местоопределения (РДС МО) на практике, так как при таком способе реализации РДС МО их пропускная способность очень низка.The main disadvantage of the above methods is that they require the relay of signals received at peripheral reception points (PPP) to the central point of reception and processing (CPPO), where they are jointly mutually correlated. In this case, the mutual signal delay (SCW) corresponds to the position of the maximum module of the cross-correlation function of these signals. Relay can be carried out both in analogue and in digital form. In this case, for digital relaying, a uniform time scale at all reception points is necessary [7]. The need to relay signals from peripheral points to the central one requires high-speed data channels. Namely, their absence is the main limiting factor for the widespread use of differential-ranging systems of positioning (RDS MO) in practice, since with this method of implementing RDS MO their throughput is very low.

Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности совпадающих существенных признаков является способ [6, 7], который выбран в качестве прототипа. Суть данного способа заключается в измерении взаимной задержки сигналов неизвестной формы, основанном на измерении времени прихода сигналов (ВПС) [8] в каждом ППП РДС МО, оснащенной подсистемой единого времени (ПСЕВ), и передачей на ЦППО только результатов измерения. Данный способ применим к импульсным сигналам, к которым относятся и сигналы пакетных радиосетей (в том числе с ППРЧ). Такой подход резко увеличивает пропускную способность РДС МО. Но так как форма сигнала неизвестна, то задача измерения временного положения сигнала сводится к измерению временного положения огибающей импульсного сигнала (пакета). Измеренные значения ВПС передаются на ЦППО, где производится вычисление разностей времени приема этих сигналов в ППП и ЦППО как разностей, соответствующих ВПС, после чего вычисляются координаты ИРИ. Структурная схема РДС МО, содержащей три ПРПП, один ЦППО и ПСЕВ, приведена на фиг. 1.Closest to the claimed method according to the totality of the matching essential features is the method [6, 7], which is selected as a prototype. The essence of this method is to measure the mutual delay of signals of an unknown shape, based on measuring the time of arrival of signals (IPN) [8] in each RFP RDS MO equipped with a single time subsystem (PSEV), and transmitting only the measurement results to the CPPO. This method is applicable to pulsed signals, which include signals of packet radio networks (including frequency hopping). This approach dramatically increases the throughput of RDS MO. But since the signal shape is unknown, the task of measuring the temporal position of the signal is reduced to measuring the temporal position of the envelope of the pulse signal (packet). The measured values of the IPN are transmitted to the CPPO, where the differences in the time of reception of these signals in the RFP and the CPPO are calculated as the differences corresponding to the IPN, and then the coordinates of the IRI are calculated. The structural diagram of the RDS MO, containing three PRPP, one CPPO and PSEV, shown in Fig. one.

Каждый периферийный пункт приема сигнала ИРИ (ПППi), представляющий совокупность устройств, выделяющих радиосигналы от ИРИ на фоне помех, устройств, измеряющих ВПСi относительно шкалы единого времени, а также устройств, организующих линии передачи измеренных ВПСi, включает в себя:Each peripheral point of reception of the IRI signal (IFR i ), representing a set of devices emitting radio signals from the IRI against the background of interference, devices measuring IPN i relative to the time scale, as well as devices organizing the transmission lines of the measured IPN i , includes:

- антенное и цифровое радиоприемное (ЦРПУi) устройства для приема сигналов ИРИ;- antenna and digital radio receiver (TsRPU i ) devices for receiving IRI signals;

- устройство измерения времени прихода сигнала (УИВПСi) для выделения огибающей пакета и измерения его временного положения по шкале единого времени (ВПСi);- a device for measuring the time of arrival of the signal (UIVPS i ) to highlight the envelope of the packet and measure its temporal position on a single time scale (UPU i );

- радиопередающее (РПдУi) и антенное устройства для передачи измеренных значений ВПСi на ЦППО, где i=1, 2, 3.- radio transmitting (RPdU i ) and antenna devices for transmitting the measured values of IPN i to the CPPO, where i = 1, 2, 3.

Центральный пункт приема и обработки, представляющий совокупность устройств, выделяющих радиосигналы от ИРИ на фоне помех, устройства, измеряющего ВПС0 относительно шкалы единого времени, а также устройств, предназначенных для выделения полезной информации о параметрах ИРИ (взаимной задержки сигналов) путем вычисления разностей BПCi в ПППi и ЦППО, включает в себя:The central point of reception and processing, representing a set of devices emitting radio signals from the IRI against the background of interference, a device measuring IPL 0 relative to the time scale, as well as devices designed to extract useful information about the parameters of the IRI (mutual signal delay) by calculating the differences of the IPC i in PPPi and TsPPO, includes:

- антенные и радиоприемные устройства (РПрУ) для приема информационных сигналов о ВПСi;- antenna and radio receivers (RPrU) for receiving information signals about IPN i ;

- антенное и радиоприемное (РПрУ0) устройства для приема сигналов ИРИ;- antenna and radio receiver (RPrU 0 ) devices for receiving signals of IRI;

- центральный пункт обработки (ЦПО).- central processing point (CPO).

В ЦПО производится оценка величины взаимных задержек сигналов ИРИ в приемных пунктах путем вычисления разностей ВПСi в ПППi и ЦППО.The CPO assesses the mutual delays of the IRI signals at the receiving points by calculating the differences of the IPN i in the RFP i and the CPPO.

Подсистема единого времени представляет собой совокупность устройств, служащих для формирования шкалы единого времени на всех пунктах приема.The single time subsystem is a collection of devices that serve to form a single time scale at all points of reception.

Вычисление ВПСi в ПППi производится в УИВПСi следующим образом.Calculation of AMS i in the IFR i is made in UIVPS i as follows.

Сначала выделяется огибающая пакета Up(t). Для этого входной действительный сигнал ξ(t,λ)=s(t,λ)+n(t), 0≤t≤T, представляющий собой сумму полезного сигнала s(t,λ), зависящего от нескольких параметров λ={λ12,…,λn} и шума n(t), где Т - время наблюдения, преобразуется в аналитический с помощью преобразования Гильберта [9, с. 469-473].First, the envelope of the packet U p (t) is highlighted. For this, the input real signal ξ (t, λ) = s (t, λ) + n (t), 0≤t≤T, which is the sum of the useful signal s (t, λ), which depends on several parameters λ = {λ 1 , λ 2 , ..., λ n } and noise n (t), where T is the observation time, is converted into analytical using the Hilbert transform [9, p. 469-473].

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- преобразование Гильберта ξ(t); Т - длительность наблюдения.Where
Figure 00000002
- Hilbert transform ξ (t); T is the duration of observation.

Огибающая пакета Up(t) определяется как модуль аналитического сигналаThe envelope of the packet U p (t) is defined as the modulus of the analytical signal

Figure 00000003
Figure 00000003

Затем решается задача определения временного положения огибающей пакета [8, с. 189-200]. В соответствии с теорией оптимального приема задачей идеального приемника, предназначенного для измерения временного положения сигнальных импульсов, является выработка апостериорной плотности вероятности (АПВ) Pps (τ) параметра τ на основе анализа принятой реализации ξ(t) с учетом априорных сведений о сигнале и шумеThen, the problem of determining the temporary position of the envelope of the packet [8, p. 189-200]. In accordance with the theory of optimal reception, the task of an ideal receiver designed to measure the temporal position of signal pulses is to develop a posterior probability density (AR) P ps (τ) of parameter τ based on an analysis of the adopted realization ξ (t) taking into account a priori information about the signal and noise

Figure 00000004
Figure 00000004

где Ppr (τ) - априорная плотность вероятности;where P pr (τ) is the a priori probability density;

k - коэффициент, выбираемый из условия нормировки;k is a coefficient selected from the normalization condition;

Figure 00000005
Figure 00000005

- функция правдоподобия;- likelihood function;

- I0(⋅) - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка;- I 0 (⋅) is the modified Bessel function of zero order;

Figure 00000006
Figure 00000006

- функция взаимной корреляции между огибающей пакета Up (t) и видеоимпульсом U0 (t) длительностью Тр;- the cross-correlation function between the envelope of the packet U p (t) and the video pulse U 0 (t) of duration T p ;

Nш - спектральная плотность мощности собственных шумов приемника.N W - the spectral power density of the noise floor of the receiver.

При оценке ВПС - τвпс достаточно использовать центральный пик АПВ, аппроксимировав его каким-либо образом, например полиномом.When evaluating the IPN - τ air force, it is sufficient to use the central AR peak, approximating it in some way, for example, a polynomial.

Тогда оценка времени прихода сигнала будет находиться из уравненияThen the estimate of the signal arrival time will be found from the equation

Figure 00000007
Figure 00000007

где Ppsm - аппроксимация центрального пика апостериорной плотности вероятности.where P psm is the approximation of the central peak of the posterior probability density.

А искомая ВЗС

Figure 00000008
вычисляется по формулеAnd the desired VZS
Figure 00000008
calculated by the formula

Figure 00000009
Figure 00000009

где -

Figure 00000010
и
Figure 00000011
- оценки ВПС в i-м и j-м ППП соответственно, i≠j.where -
Figure 00000010
and
Figure 00000011
- IPN estimates in the i-th and j-th SPP, respectively, i ≠ j.

Если априорная плотность вероятности неизвестна, то оценка по максимуму апостериорной плотности вероятности совпадает с максимально правдоподобной оценкой.If the a priori probability density is unknown, then the estimate for the maximum of the posterior probability density coincides with the most plausible estimate.

Осциллограммы сигналов в характерных точках УИВПС приведены на фиг. 2.Oscillograms of the signals at the characteristic points of the UIVPS are shown in FIG. 2.

Главным недостатком прототипа является низкая точность измерения ВПС, так как измерение производится по огибающей пакета и не используется внутриимпульсная модуляция пакета.The main disadvantage of the prototype is the low accuracy of the measurement of IPN, since the measurement is performed along the envelope of the packet and the in-pulse modulation of the packet is not used.

Цель изобретения - повышение точности измерения взаимной задержки MSK (minimum shift keying) сигналов пакетных радиосетей при неизвестном законе первичной модуляции в РДС МО.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the measurement of mutual delay MSK (minimum shift keying) of signals of packet radio networks with an unknown law of primary modulation in the RDS MO.

Указанный технический результат при осуществлении предлагаемого способа достигается тем, что в предлагаемом способе изменяются действия при измерении ВПС в ППП.The specified technical result in the implementation of the proposed method is achieved by the fact that in the proposed method the actions are changed when measuring IPN in the RFP.

Суть этих изменений заключается в следующем.The essence of these changes is as follows.

Основываясь на том, что прирост фазы на элементарном импульсе модулирующей последовательности MSK сигнала составляет

Figure 00000012
[10, стр. 177-181], ВПС в ППП измеряется по временному положению максимума апостериорной плотности вероятности, построенной через модуль результирующей взаимно корреляционной функции (ВКФ), вычисляемой с помощью парциальных ВКФ принимаемого в точке приема сигнала с четырьмя гармоническими колебаниями двух частот
Figure 00000013
и
Figure 00000014
длительностью, равной длительности принимаемого сигнала (пакета) Тр. Здесь ƒн - частота несущей, Тс - длительность элементарного импульса модулирующей последовательности.Based on the fact that the phase gain on the elementary pulse of the modulating sequence of the MSK signal is
Figure 00000012
[10, p. 177-181], the IPN in the SPP is measured by the time position of the maximum a posteriori probability density constructed through the module of the resulting cross-correlation function (VKF) calculated using the partial VKF of the signal received at the receiving point with four harmonic oscillations of two frequencies
Figure 00000013
and
Figure 00000014
duration equal to the duration of the received signal (packet) T p . Here ƒ n is the carrier frequency, T c is the duration of the elementary pulse of the modulating sequence.

Тогда алгоритм построения АПВ Pps(τ) в предлагаемом способе будет описываться выражениямиThen the algorithm for constructing the reclosure P ps (τ) in the proposed method will be described by the expressions

Figure 00000015
Figure 00000015

где A1(τ), A0(τ), B1(τ), B0(τ) - парциальные ВКФ принимаемого в точке приема сигнала с четырьмя гармоническими колебаниями двух частот;where A 1 (τ), A 0 (τ), B 1 (τ), B 0 (τ) are the partial CCFs of the signal received at the point of reception with four harmonic oscillations of two frequencies;

Т - время наблюдения;T is the time of observation;

D(⋅) - оператор выпрямления корреляционного интеграла;D (⋅) is the straightening operator of the correlation integral;

Ppr(τ) - априорная плотность вероятности τ;P pr (τ) is the a priori probability density τ;

I0(⋅) - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка;I 0 (⋅) is the modified zero-order Bessel function;

L(τ) - функция правдоподобия;L (τ) is the likelihood function;

Z(τ) - результирующая взаимно корреляционная функция;Z (τ) is the resulting cross-correlation function;

Um - амплитуда сигнала;U m is the signal amplitude;

Nш - спектральная плотность мощности собственных шумов приемника;N W - the spectral power density of the noise of the receiver;

k - коэффициент, выбираемый из условия нормировки;k is a coefficient selected from the normalization condition;

Ppr(τ) - априорная плотность вероятности.P pr (τ) is the a priori probability density.

Основной операцией при построении парциальных ВКФ является операция вычисления корреляционного интеграла (КИ), из конечных значений которых при различных τ и состоит парциальная ВКФ. Вычисление КИ в алгоритме, реализующем предлагаемый способ, имеет некоторые особенности. Рассмотрим их более подробно.The main operation in constructing the partial VKF is the operation of calculating the correlation integral (KI), of which the final VKF consists of the final values for various τ. The calculation of CI in an algorithm that implements the proposed method has some features. Let's consider them in more detail.

Так при вычислении корреляционных интегралов в выражениях (8, 9) возможны 2 случая: 1 - когда между импульсами одной частоты стоит четное число импульсов другой частоты, и 2 - когда число импульсов нечетное. В первом случае вычисление корреляционного интеграла (КИ) будет происходить нормально. Во втором случае при вычислении корреляционного интеграла происходит "перелом" (фиг. 3 и фиг. 4), при этом угол, под которым шло нарастание КИ, по величине остается таким же. Меняется только направление. Таким образом, в процессе вычисления КИ в каждом канале необходим его анализ с целью поиска "переломов" и изменения угла наклона зеркально относительно горизонтальной линии, проходящей через точку "перелома" (фиг. 5 и фиг. 6). Это возможно благодаря тому, что априорно известен вид корреляционного интеграла (он всегда возрастает по абсолютной величине). Оператор выпрямления КИ в (10) и (11) обозначен как D(⋅). Окончательный вид выпрямленных КИ приведен на фиг. 7 и фиг. 8.So, when calculating the correlation integrals in expressions (8, 9), 2 cases are possible: 1 - when there is an even number of pulses of a different frequency between pulses of one frequency, and 2 - when the number of pulses is odd. In the first case, the calculation of the correlation integral (CI) will occur normally. In the second case, when calculating the correlation integral, a “fracture” occurs (Fig. 3 and Fig. 4), while the angle at which the CI increased was the same in magnitude. Only the direction is changing. Thus, in the process of calculating the CI in each channel, it is necessary to analyze it in order to search for "fractures" and change the angle of inclination mirror-image relative to the horizontal line passing through the point of "fracture" (Fig. 5 and Fig. 6). This is possible due to the fact that the form of the correlation integral is a priori known (it always increases in absolute value). The KI rectification operator in (10) and (11) is denoted as D (⋅). The final view of the rectified KI is shown in FIG. 7 and FIG. 8.

При оценивании ВПС, как и в прототипе, достаточно использовать центральный пик АПВ, аппроксимировав его каким-либо образом. На фиг. 9 показан процесс аппроксимации центрального пика апостериорной плотности вероятности и оценивания времени прихода сигнала. Здесь аппроксимация пика произведена полиномом четвертой степени.When evaluating IPN, as in the prototype, it is enough to use the central peak of the AR, approximating it in some way. In FIG. 9 shows the process of approximating the central peak of the posterior probability density and estimating the signal arrival time. Here, the peak is approximated by a polynomial of the fourth degree.

Оценка времени прихода сигнала находится из решения уравненияThe estimate of the signal arrival time is found from the solution of the equation

Figure 00000016
Figure 00000016

где Ppsm - аппроксимация центрального пика апостериорной плотности вероятности.where P psm is the approximation of the central peak of the posterior probability density.

Искомая ВЗС

Figure 00000017
вычисляется по формулеSeeking VZS
Figure 00000017
calculated by the formula

Figure 00000018
Figure 00000018

где -

Figure 00000019
и
Figure 00000020
- оценки ВПС в первом и втором пространственно-разнесенных пунктах приема соответственно, i≠j.where -
Figure 00000019
and
Figure 00000020
- IPN estimates at the first and second spatially separated points of reception, respectively, i ≠ j.

Сравнивая огибающие ВКФ Z(τ) прототипа (фиг. 3) и ВКФ предлагаемого способа (фиг. 10), видно, что огибающая ВКФ предлагаемого способа имеет многомодальную структуру. При этом точность измерения ВПС предлагаемым способом определяется шириной центрального пика огибающей ВКФ, который гораздо уже огибающей ВКФ прототипа, так как формируется элементарными импульсами модулирующей последовательности длительностью Тс, в то время как огибающая ВКФ прототипа формируется огибающей пакета длительностью Тр. Спектр модулирующей последовательности гораздо шире спектра огибающей пакета. Этим и объясняется выигрыш в точности измерения ВПС предлагаемым способом.Comparing the envelopes of the VKF Z (τ) of the prototype (Fig. 3) and the VKF of the proposed method (Fig. 10), it can be seen that the envelope of the VKF of the proposed method has a multimodal structure. In this case, the accuracy of measuring the IPN by the proposed method is determined by the width of the central peak of the envelope of the VKF, which is much narrower than the envelope of the VKF of the prototype, since it is formed by elementary pulses of the modulating sequence of duration T s , while the envelope of the VKF of the prototype is formed by the envelope of the packet of duration T p . The spectrum of the modulating sequence is much wider than the spectrum of the envelope of the packet. This explains the gain in the accuracy of the measurement of IPN by the proposed method.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг. 1 - структурная схема РДС МО;in FIG. 1 is a structural diagram of the RDS MO;

на фиг. 2 - осциллограммы сигналов в характерных точках прототипа;in FIG. 2 - waveforms of signals at the characteristic points of the prototype;

на фиг. 3 - иллюстрация перелома КИ для частоты ƒ1;in FIG. 3 - illustration of the fracture KI for frequency ƒ 1 ;

на фиг. 4 - иллюстрация перелома КИ для частоты ƒ0;in FIG. 4 - illustration of the fracture of the CI for a frequency of ƒ 0 ;

на фиг. 5 - иллюстрация выпрямления КИ для частоты ƒ1;in FIG. 5 - illustration of the rectification of KI for frequency ƒ 1 ;

на фиг. 6 - иллюстрация выпрямления КИ для частоты ƒ0;in FIG. 6 - illustration of the rectification of KI for frequency ƒ 0 ;

на фиг. 7 - иллюстрация выпрямленного КИ для частоты ƒ1;in FIG. 7 - illustration of the rectified KI for frequency ƒ 1 ;

на фиг. 8 - иллюстрация выпрямленного КИ для частоты ƒ0;in FIG. 8 - illustration of the rectified KI for frequency ƒ 0 ;

на фиг. 9 - процесс аппроксимации центрального пика апостериорной плотности вероятности и оценивания времени прихода сигнала;in FIG. 9 - the process of approximating the central peak of the posterior probability density and estimating the signal arrival time;

на фиг. 10 - осциллограммы сигналов в характерных точках предлагаемого способа;in FIG. 10 - waveforms of signals at characteristic points of the proposed method;

на фиг. 11 - графики зависимости погрешности оценивания взаимной задержки сигналов от отношения сигнал/шум.in FIG. 11 - graphs of the dependence of the estimation error of the mutual delay of the signals on the signal-to-noise ratio.

Для исследования точностных характеристик предлагаемого способа и сравнения его с прототипом и аналогами создана имитационная модель УИВПС. При моделировании использовались следующие параметры сигнала: несущая частота - 100 МГц, длительность пакета - 6.4 мкс, число импульсов модулирующей псевдослучайной последовательности (ПСП) - 32, тактовая частота ПСП - 5 МГц, вид модуляции - MSK. Результаты моделирования приведены на фиг. 11, где изображены графики зависимости погрешности оценивания взаимной задержки сигналов от отношения сигнал/шум на входе УИВПС. Цифрами обозначены: 1 - график для прототипа; 2 - для предлагаемого способа; 3 - для аналогов, использующих ретрансляцию принимаемых сигналов с ППП на ЦППО.To study the accuracy characteristics of the proposed method and compare it with the prototype and its analogues, a simulation model of UIVPS is created. In the simulation, the following signal parameters were used: carrier frequency - 100 MHz, packet duration - 6.4 μs, the number of pulses of the modulating pseudorandom sequence (PSP) - 32, the clock frequency of the PSP - 5 MHz, the type of modulation - MSK. The simulation results are shown in FIG. 11, which shows graphs of the dependence of the estimation error of the mutual delay of the signals on the signal-to-noise ratio at the input of the IUPS. The numbers indicate: 1 - graph for the prototype; 2 - for the proposed method; 3 - for analogues using relaying of received signals from the RFP to the CPPO.

Как видно из чертежей, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ обеспечивает выигрыш по точности от 2 до 10 раз, в зависимости от отношения сигнал/шум. Таким образом, поставленная цель достигнута.As can be seen from the drawings, in comparison with the prototype, the proposed method provides a gain in accuracy of 2 to 10 times, depending on the signal-to-noise ratio. Thus, the goal is achieved.

По сравнению с аналогами при большом отношении сигнал/шум (больше 40) погрешность предлагаемого способа превышает погрешность аналогов в среднем на 35%. С уменьшением отношения сигнал/шум разница постепенно уменьшается, и при значении q≈12 предлагаемый способ сравнивается по точности с аналогами. При дальнейшем уменьшении отношения сигнал/шум картина меняется и погрешность аналогов, по сравнению с предлагаемым способом, резко возрастает, при этом выигрыш предлагаемого способа достигает 50%. Этот факт очень важен, так как радиомониторинг ведется, как правило, при низких отношениях сигнал/шум.Compared with analogues with a large signal-to-noise ratio (more than 40), the error of the proposed method exceeds the error of analogues by an average of 35%. With a decrease in the signal-to-noise ratio, the difference gradually decreases, and with a value of q≈12, the proposed method is compared in accuracy with analogs. With a further decrease in the signal-to-noise ratio, the picture changes and the error of analogues, compared with the proposed method, increases sharply, while the gain of the proposed method reaches 50%. This fact is very important, since radio monitoring is carried out, as a rule, at low signal-to-noise ratios.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного действиями при построении ВКФ, а именно тем, что результирующая ВКФ вычисляется с помощью парциальных ВКФ принимаемого в точке приема сигнала с четырьмя гармоническими колебаниями двух частот

Figure 00000021
и
Figure 00000022
длительностью, равной длительности принимаемого сигнала (пакета) Tp, что до сих пор нигде не применялось. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the proposed method differs from the known one when constructing the VCF, namely, that the resulting VCF is calculated using the partial VCF received at the receiving point of the signal with four harmonic oscillations of two frequencies
Figure 00000021
and
Figure 00000022
duration equal to the duration of the received signal (packet) T p , which until now has not been applied. Thus, the claimed method meets the criterion of "novelty."

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2335781, опубл. 10.10.2008 г.1. Patent RU No. 2335781, publ. 10/10/2008

2. Патент RU №2539968, опубл. 27.01.2015 г.2. Patent RU No. 2539968, publ. 01/27/2015 g.

3. Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы / Под редакцией проф. В.В. Цветнова. - М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.3. Kondratiev B.C. et al. Multiposition radio engineering systems / Edited by prof. V.V. Tsvetnova. - M .: Radio and communications, 1986. - 264 p.

4. Громов В.А., Ворошилин Е.П., Миронов М.В. Оценка разности моментов прихода сигналов группировкой пространственно-разнесенных малых космических аппаратов. – Томск, ТУ СУР // Доклады ТУСУРа, №2 (22), часть 2, декабрь 2010. С. 7-13.4. Gromov V.A., Voroshilin E.P., Mironov M.V. Estimation of the difference in the moments of arrival of signals by a grouping of spatially separated small spacecraft. - Tomsk, TU SUR // Reports of TUSUR, No. 2 (22), part 2, December 2010. S. 7-13.

5. Вознюк В.В., Зайцев С.А., Толстоухов Д.А., Булаев О.А., Гусаков Н.В. Определение времени задержки приема сигнала пространственно-разнесенными сверхмалыми космическими аппаратами // Изв. Вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51, №3. С. 13-17.5. Voznyuk V.V., Zaitsev S.A., Tolstoukhov D.A., Bulaev O.A., Gusakov N.V. Determining the delay time of signal reception by spatially spaced ultra-small spacecraft // Izv. Universities. Instrument making. 2008.Vol. 51, No. 3. S. 13-17.

6. Радзиевский В.Г., Сирота А.А. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Радиотехника, 2004. - 432 с.6. Radzievsky V.G., Orphan A.A. Theoretical foundations of electronic intelligence. 2nd ed., Rev. and add. - M .: Radio engineering, 2004 .-- 432 p.

7. Файт А.В. Определение местоположения источника шумоподобного сигнала с использованием корреляционной функции // Материалы конференции "Научно-технические проблемы в промышленности". - СПб.: НИИ "Вектор", 2012, 29-31 мая. С. 21-22.7. Fayt A.V. Determining the location of a noise-like signal source using the correlation function // Materials of the conference "Scientific and technical problems in industry". - St. Petersburg: Research Institute "Vector", 2012, May 29-31. S. 21-22.

8. Ипатов В.П. и др. Поиск, обнаружение и измерение параметров сигналов в радионавигационных системах / Под редакцией Ю.М. Казаринова. - М.: Сов. радио, 1975. - 296 с.8. Ipatov V.P. et al. Search, detection and measurement of signal parameters in radio navigation systems / Edited by Yu.M. Kazarinova. - M .: Owls. Radio, 1975 .-- 296 p.

9. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 540 с.9. Bendat J., Piersol A. Applied analysis of random data: Per. from English - M .: Mir, 1989 .-- 540 p.

10. Григорьев В.А. Сигналы зарубежных систем электросвязи. - СПб.: ВАС, 2007, 2007. - 368 с.10. Grigoriev V.A. Signals of foreign telecommunication systems. - SPb .: YOU, 2007, 2007. - 368 p.

Claims (6)

Способ измерения взаимной задержки MSK (minimum shift keying) сигналов пакетных радиосетей в разностно-дальномерной системе местоопределения, заключающийся в том, что в периферийных пунктах приема разностно-дальномерной системы местоопределения осуществляют прием MSK сигналов пакетных радиосетей, измеряют время прихода сигналов (ВПС) относительно единой шкалы времени по положению максимума апостериорной плотности вероятности, построенной через модуль взаимно корреляционной функции (ВКФ) принимаемого сигнала и опорного колебания, и по линиям связи передают измеренные значения на центральный пункт приема и обработки, где вычисляется взаимная задержка сигналов
Figure 00000023
, где -
Figure 00000024
и
Figure 00000025
- оценки ВПС в i-м и j-м пространственно-разнесенных пунктах приема соответственно, i≠j, отличающийся тем, что модуль результирующей ВКФ Z(τ) вычисляется с помощью парциальных ВКФ принимаемого в точке приема сигнала с четырьмя гармоническими колебаниями двух частот
Figure 00000026
и
Figure 00000027
длительностью, равной длительности принимаемого сигнала (пакета) Тр:
A method for measuring the mutual delay MSK (minimum shift keying) of packet radio network signals in a differential ranging system of location, which consists in the fact that at the peripheral points of receiving a differential ranging ranging system, MSK signals of packet radio networks are received, and the signal arrival time (IPN) is measured relative to a single time scales according to the position of the maximum of the posterior probability density constructed through the module of the cross-correlation function (CCF) of the received signal and the reference oscillation, and along the lines of communication transmit measured values to the central receiving and processing, where the calculated mutual delay signal
Figure 00000023
where -
Figure 00000024
and
Figure 00000025
- IPN estimates at the i-th and j-th spatially separated receiving points, respectively, i ≠ j, characterized in that the module of the resulting VKF Z (τ) is calculated using the partial VKF of the signal received at the receiving point with four harmonic oscillations of two frequencies
Figure 00000026
and
Figure 00000027
the duration equal to the duration of the received signal (packet) T p :
Figure 00000028
Figure 00000028
Figure 00000029
Figure 00000029
Figure 00000030
Figure 00000030
В(τ)=В1(τ)+В0(τ); А(τ)=А1(τ)+А0(τ);
Figure 00000031
B (τ) = B 1 (τ) + B 0 (τ); A (τ) = A 1 (τ) + A 0 (τ);
Figure 00000031
где
Figure 00000032
- частота несущей; Тс - длительность элементарного импульса модулирующей последовательности; А1(τ), A0(τ), В1(τ), В0(τ) - парциальные ВКФ принимаемого в точке приема сигнала с четырьмя гармоническими колебаниями двух частот; T - время наблюдения;
Figure 00000033
;
Figure 00000034
; Z(τ) - модуль результирующей ВКФ; D(⋅) - оператор выпрямления корреляционного интеграла (КИ), осуществляющий поиск "переломов" и изменение угла наклона КИ зеркально относительно горизонтальной линии, проходящей через точку "перелома".
Where
Figure 00000032
- carrier frequency; T with - the duration of the elementary pulse of the modulating sequence; A 1 (τ), A 0 (τ), B 1 (τ), B 0 (τ) - partial VKF of the signal received at the point of reception with four harmonic oscillations of two frequencies; T is the observation time;
Figure 00000033
;
Figure 00000034
; Z (τ) is the module of the resulting VKF; D (⋅) is the operator of straightening the correlation integral (CI), which searches for “fractures” and changes the angle of inclination of the CI mirror image relative to a horizontal line passing through the point of “fracture”.
RU2016117607A 2016-05-04 2016-05-04 Method of measuring mutual delay of msk signals of packet radio networks in difference-range positioning system RU2623094C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117607A RU2623094C1 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Method of measuring mutual delay of msk signals of packet radio networks in difference-range positioning system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117607A RU2623094C1 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Method of measuring mutual delay of msk signals of packet radio networks in difference-range positioning system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2623094C1 true RU2623094C1 (en) 2017-06-22

Family

ID=59241496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016117607A RU2623094C1 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Method of measuring mutual delay of msk signals of packet radio networks in difference-range positioning system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2623094C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704793C1 (en) * 2019-04-18 2019-10-31 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Difference-range measuring method for determining coordinates of a radio-frequency source and a device for realizing said method
RU2719770C1 (en) * 2019-05-06 2020-04-23 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Difference-range-finding method for determining coordinates of radio-frequency source and device for realizing said radiation
RU2740640C1 (en) * 2020-02-27 2021-01-19 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Difference-range-finding method for determining coordinates of a radio-frequency source (versions) and a device for realizing said
RU2747108C1 (en) * 2020-06-22 2021-04-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный ордена Жукова университет радиоэлектроники" Министерства обороны Российской Федерации (ФГКВОУВО "ВУРЭ" МО РФ) Method for measuring mutual delay of minimum frequency shift (msk) of signals of packet radio networks in difference range location system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5870056A (en) * 1996-12-05 1999-02-09 Lockheed Martin Corporation Air-to-air passive location system
WO2004011955A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Interdigital Technology Corporation Method and system for positioning mobile units based on angle measurements
RU2335781C1 (en) * 2006-12-06 2008-10-10 Зуфар Фаатович Шайдулин Method of signal reciprocal delay measurement with program operating frequency tuning (poft)
WO2010072593A1 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 Thales Method for locating multiple rays of a source with or without aoa by multi-channel estimation of the tdoa and fdoa
RU2521084C1 (en) * 2012-09-24 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Новые Технологии Телекоммуникаций" Differential-range method of determining coordinates of radio-frequency source
RU2568897C1 (en) * 2014-10-06 2015-11-20 Андрей Борисович Махетов Method of measurement of mutual delay of signals

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5870056A (en) * 1996-12-05 1999-02-09 Lockheed Martin Corporation Air-to-air passive location system
WO2004011955A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Interdigital Technology Corporation Method and system for positioning mobile units based on angle measurements
RU2335781C1 (en) * 2006-12-06 2008-10-10 Зуфар Фаатович Шайдулин Method of signal reciprocal delay measurement with program operating frequency tuning (poft)
WO2010072593A1 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 Thales Method for locating multiple rays of a source with or without aoa by multi-channel estimation of the tdoa and fdoa
RU2521084C1 (en) * 2012-09-24 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Новые Технологии Телекоммуникаций" Differential-range method of determining coordinates of radio-frequency source
RU2568897C1 (en) * 2014-10-06 2015-11-20 Андрей Борисович Махетов Method of measurement of mutual delay of signals

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Файт А.В. Определение местоположения источника шумоподобного сигнала с использованием корреляционной функции. Материалы конференции "научно-технические проблемы в промышленности". СПб, НИИ "Вектор", 2012, 29-31 мая, с. 21-22. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704793C1 (en) * 2019-04-18 2019-10-31 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Difference-range measuring method for determining coordinates of a radio-frequency source and a device for realizing said method
RU2719770C1 (en) * 2019-05-06 2020-04-23 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Difference-range-finding method for determining coordinates of radio-frequency source and device for realizing said radiation
RU2740640C1 (en) * 2020-02-27 2021-01-19 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Difference-range-finding method for determining coordinates of a radio-frequency source (versions) and a device for realizing said
RU2747108C1 (en) * 2020-06-22 2021-04-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный ордена Жукова университет радиоэлектроники" Министерства обороны Российской Федерации (ФГКВОУВО "ВУРЭ" МО РФ) Method for measuring mutual delay of minimum frequency shift (msk) of signals of packet radio networks in difference range location system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2623094C1 (en) Method of measuring mutual delay of msk signals of packet radio networks in difference-range positioning system
US10488505B2 (en) Positioning in indoor locations and other GPS-denied environments
Fokin et al. TDOA positioning accuracy performance evaluation for arc sensor configuration
Alsindi et al. An empirical evaluation of a probabilistic RF signature for WLAN location fingerprinting
CN110320490A (en) A kind of radio wave arrival direction estimating method under the conditions of no direct signal
US6646602B2 (en) Technique for robust characterization of weak RF emitters and accurate time difference of arrival estimation for passive ranging of RF emitters
CN106569180A (en) DOA estimation algorithm based on Prony method
RU2521084C1 (en) Differential-range method of determining coordinates of radio-frequency source
Mazokha et al. Single-sample direction-of-arrival estimation for fast and robust 3D localization with real measurements from a massive mimo system
RU2738249C1 (en) Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system
US8063824B2 (en) Magnitude-squared coherence filtering in a time difference of arrival (TDOA) or group delay interferometric geolocation system
RU2747108C1 (en) Method for measuring mutual delay of minimum frequency shift (msk) of signals of packet radio networks in difference range location system
CN114442034A (en) Positioning method and device based on hyperbolic TDOA and computer readable storage medium
Karpova et al. Synthesis of ambiguity functions for complex radar signal processing
Jin et al. WiSen: Zero-knowledge passive human tracking using a single WiFi link
RU93525U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE DEGREE OF FREQUENCY-SELECTIVE JAMMING OF NAVIGATION RADIO SIGNALS OF SATELLITE RADIO NAVIGATION SYSTEMS
Mototolea et al. Evaluation of errors caused by inaccurate clock synchronization in time difference of arrival-based localization systems
Bain et al. Impact of underwater bandwidth on cross-correlation based node estimation technique
JP2016148615A (en) Communication system, receiving device, server, signal processing method, wave source position calculation method, and program
RU2285937C2 (en) Method for detecting and determining coordinates of radio radiation source
Önen et al. A Time Difference of Arrival Estimation with Integration of Generalized Cross Correlation Samples for Continuous Wave Signals on Passive Positioning Systems
RU2568104C1 (en) Differential-range method of determining coordinates of radio-frequency source
Andersson et al. On an iterative method for direction of arrival estimation using multiple frequencies
RU2789854C1 (en) Method for regularized determination of the optimal operating frequency for ionospheric-spatial propagation of radio waves
CN116009011B (en) Radar detection method and related device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180505