RU2642846C2 - Method for determining coordinates of radio emission source - Google Patents

Method for determining coordinates of radio emission source Download PDF

Info

Publication number
RU2642846C2
RU2642846C2 RU2015153942A RU2015153942A RU2642846C2 RU 2642846 C2 RU2642846 C2 RU 2642846C2 RU 2015153942 A RU2015153942 A RU 2015153942A RU 2015153942 A RU2015153942 A RU 2015153942A RU 2642846 C2 RU2642846 C2 RU 2642846C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
signal
coordinates
shift
res
Prior art date
Application number
RU2015153942A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015153942A (en
Inventor
Константин Леонидович Овчаренко
Леонид Александрович Овчаренко
Михаил Петрович Шуст
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "КУРС"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "КУРС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "КУРС"
Priority to RU2015153942A priority Critical patent/RU2642846C2/en
Publication of RU2015153942A publication Critical patent/RU2015153942A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2642846C2 publication Critical patent/RU2642846C2/en

Links

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
    • 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
    • G01S5/04Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • 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
    • G01S11/10Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using Doppler effect
    • 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
    • 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
    • G01S5/14Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: invention can be used for high-precision determination of the coordinates of radio emission sources (RES) with the aid of aircrafts, emitting continuous or quasicontinuous signals. The method of determination of the RES coordinates is RES signal receiving on three aircrafts, their relaying to the central point of processing and computing RES coordinates using radial velocity differentials, while additionally Doppler frequency shifts are there as a maximizing argument of amplitude spectrum of the product of a signal from one repeater by a signal from another repeater, subjected to complex pairing and shift for a time delay, which is defined as a maximizing argument of the function module of the mutual correlation of converted signals, obtained by multiplying the original signals by the same signals, subjected to complex pairing and temporary shift by the interval T, exceeding the value, which is inversely proportional to twice the spectrum bandwidth.
EFFECT: reduced hardware costs when implementing a method based on the products of functional electronics, and when implementing a method, based on digital signal processing hardware, improving the response time by reducing the amount of arithmetic operations.
1 cl

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано для высокоточного определения с помощью летательных аппаратов координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы.The invention relates to radio engineering, and in particular to passive radio monitoring systems, and, in particular, can be used for high-precision determination of coordinates of radio emission sources (IRI) using aircraft, emitting continuous or quasicontinuous signals.

Из известных способов по технической сущности наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа является способ определения координат ИРИ [1], заключающийся в приеме сигналов ИРИ на трех летательных аппаратах, ретрансляции сигналов на центральный пункт обработки, вычислении разностей радиальных скоростей летательных аппаратов, с последующим вычислением координат ИРИ по разностям радиальных скоростей, при этом сигналы, ретранслированные с летательных аппаратов, подвергаются взаимно корреляционной обработке, а разности радиальных скоростей летательных аппаратов вычисляются на основе коэффициентов сжатия сигналов, определяемых путем поиска максимума взаимно корреляционной функции сигналов, ретранслированных с летательных аппаратов.Of the known methods according to the technical essence, the closest analogue (prototype) of the proposed method is a method for determining the coordinates of the IRI [1], which consists in receiving signals of the IRI on three aircraft, relaying signals to a central processing point, calculating the differences of the radial speeds of the aircraft, with subsequent calculation Iran coordinates according to radial velocity differences, while the signals relayed from aircraft are mutually correlated, and the differences are rad The real speeds of aircraft are calculated based on the compression coefficients of the signals, determined by searching for the maximum cross-correlation function of the signals relayed from the aircraft.

В способе-прототипе разности радиальных скоростей вычисляются через коэффициент сжатия, определяемый на основе максимизации взаимно корреляционной функции сигналов. Для этого в [1] предлагается перед вычислением функции взаимной корреляции ретранслированные сигналы подвергать обработке в акустоэлектронных устройствах (АУЭ), например, в дисперсионной линии задержки (ДЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), имеющей наклон частотной характеристики группового времени задержки (ГВЗ), обратный наклону функции сжатия (или растяжения) во времени сигнала вследствие эффекта Доплера [2, с. 257-258; с. 283-284].In the prototype method, the radial velocity differences are calculated through a compression coefficient determined on the basis of maximizing the cross-correlation function of the signals. To this end, in [1], it is proposed, before calculating the cross-correlation function, to relay the transmitted signals to processing in acoustoelectronic devices (AUE), for example, in a dispersion delay line (DLS) on surface acoustic waves (SAW) having a slope of the frequency response of the group delay time (GW) , inverse to the slope of the compression (or stretching) function in time of the signal due to the Doppler effect [2, p. 257-258; from. 283-284].

Недостатком такого варианта реализации способа-прототипа является большая аппаратурная избыточность, поскольку в данном случае требуется применение широкой номенклатуры ДЛЗ на ПАВ с различным наклоном частотных характеристик ГВЗ, перекрывающей весь диапазон возможного изменения коэффициентов сжатия (доплеровского сдвига частоты) принимаемых и ретранслируемых летательными аппаратами сигналов.The disadvantage of this embodiment of the prototype method is the large hardware redundancy, since in this case it is necessary to use a wide range of DLZ on SAWs with a different slope of the frequency characteristics of the GWZ, covering the entire range of possible changes in the compression coefficients (Doppler frequency shift) of the signals received and relayed by aircraft.

Другим вариантом реализации способа-прототипа является применение аппаратных средств цифровой обработки сигналов (ЦОС) [3, с. 23]. Обычно в аппаратуре ЦОС при вычислении функции взаимной корреляции вначале оба сигнала дополняются нулями для удвоения количества отсчетов с целью исключения эффекта наложения боковых периодов при дискретной свертке. Затем обе удвоенные по объему выборки сигнала подвергаются быстрому преобразованию Фурье (БПФ). Далее комплексно сопряженный спектр одного из сигналов сдвигают по частоте на элемент разрешения в диапазоне возможных значений доплеровского смещения. И, наконец, оба спектра перемножаются и осуществляется обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ) от полученного произведения, которое, в соответствии с теоремой Винера-Хинчина, и есть функция взаимной корреляции ретранслированных сигналов.Another embodiment of the prototype method is the use of hardware digital signal processing (DSP) [3, p. 23]. Typically, in DSP equipment, when calculating the cross-correlation function, at the beginning, both signals are supplemented with zeros to double the number of samples in order to eliminate the effect of overlapping side periods during discrete convolution. Then, both doubled in volume samples of the signal are subjected to fast Fourier transform (FFT). Next, the complex conjugate spectrum of one of the signals is shifted in frequency by a resolution element in the range of possible values of Doppler shift. And finally, both spectra are multiplied and the inverse fast Fourier transform (IFFT) is performed from the resulting product, which, in accordance with the Wiener-Khinchin theorem, is the cross-correlation function of the relayed signals.

С учетом изложенного видно, что для поиска элемента разрешения, соответствующего доплеровскому сдвигу ретранслированных сигналов, в аппаратуре ЦОС потребуется рассчитать М раз (М - число элементов разрешения по доплеровскому сдвигу) функцию взаимной корреляции путем выполнения двух БПФ и одного ОБПФ. Поскольку алгоритм БПФ (ОБПФ) содержит 2⋅N⋅log2[2⋅N] арифметических операций [3, с. 14-15], то в общем случае поиск доплеровского сдвига ретранслированных сигналов на основе применения методов ЦОС потребует выполнения 3⋅М⋅2⋅N⋅(1+log2N) арифметических операций, где N - исходный размер выборки сигнала.Based on the foregoing, it is clear that in order to search for a resolution element corresponding to the Doppler shift of relayed signals in the DSP equipment, it will be necessary to calculate M times (M is the number of resolution elements for Doppler shift) the cross-correlation function by performing two FFT and one IFFT. Since the FFT algorithm (FFT) contains 2⋅N⋅log 2 [2⋅N] arithmetic operations [3, p. 14-15], then in the general case, the search for the Doppler shift of relayed signals based on the use of DSP methods will require 3⋅M⋅2⋅N⋅ (1 + log 2 N) arithmetic operations, where N is the initial sample size of the signal.

Таким образом, оба возможных варианта реализации способа-прототипа имеют недостатки: при реализации на базе изделий функциональной электроники - большая аппаратурная избыточность, а при использовании аппаратных средств ЦОС - значительное число арифметических операций.Thus, both possible options for implementing the prototype method have drawbacks: when implementing functional electronics on the basis of products, there is a large hardware redundancy, and when using DSP hardware, a significant number of arithmetic operations.

Цель изобретения - снижение аппаратурных затрат при реализации способа на базе изделий функциональной электроники, а при реализации способа на базе аппаратных средств ЦОС - повышение быстродействия за счет уменьшения количества арифметических операций.The purpose of the invention is to reduce hardware costs when implementing the method on the basis of functional electronics products, and when implementing the method on the basis of DSP hardware, improving performance by reducing the number of arithmetic operations.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в приеме сигналов ИРИ xi(t) (t - время) на трех летательных аппаратах (i=1, 2, 3), их ретрансляции на центральный пункт обработки и вычислении координат ИРИ по разностям радиальных скоростей, прямо пропорциональных значениям доплеровского сдвига частоты, соответствующих глобальному максимуму функции взаимной корреляции ретранслированных сигналов, согласно изобретению доплеровские сдвиги частоты

Figure 00000001
находятся как аргумент максимизации амплитудного спектра произведения сигнала с одного ретранслятора xk(t) на сигнал xi(t) с другого ретранслятора, подвергнутый комплексному сопряжению и сдвигу на временную задержку τki: xk(t)⋅xi(t-τki)* (i≠k; i, k=1, 2, 3), при этом задержка τki определяется как аргумент максимизации модуля функции взаимной корреляции преобразованных сигналов Yk(t) и Yt(t), полученных путем перемножения исходных сигналов на эти же сигналы, подвергнутые комплексному сопряжению и временному сдвигу на интервал Т: Ym(t)=xm(t)⋅xm(t-Т)*, где m=i,k; T≥1/(2⋅F); F - ширина спектра сигнала;
Figure 00000002
- знак комплексного сопряжения.This goal is achieved by the fact that in the known method, which consists in receiving the IRI signals x i (t) (t is time) on three aircraft (i = 1, 2, 3), relaying them to the central processing point and calculating the coordinates of the IRI differences of radial velocities directly proportional to the values of the Doppler frequency shift corresponding to the global maximum of the cross-correlation function of the relayed signals, according to the invention, Doppler frequency shifts
Figure 00000001
are found as an argument for maximizing the amplitude spectrum of the product of a signal from one repeater x k (t) to a signal x i (t) from another repeater subjected to complex conjugation and a time delay shift τ ki : x k (t) ⋅ x i (t-τ ki ) * (i ≠ k; i, k = 1, 2, 3), and the delay τ ki is defined as the argument for maximizing the modulus of the cross-correlation function of the converted signals Y k (t) and Y t (t) obtained by multiplying the original signals at these same signals subjected to complex conjugation and time shifted by an interval t: Y m (t) = x m (t) ⋅x m (t- t) * rA m = i, k; T≥1 / (2⋅F); F is the signal spectrum width;
Figure 00000002
- a sign of complex pairing.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается введением новых операций - измерения разности задержек ретранслированных сигналов после предварительного их преобразования и вычисления разности доплеровского смещения частоты путем определения максимальной спектральной составляющей в спектре произведения ретранслированных сигналов, когда один из сигналов сдвигается на вычисленную задержку. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».Comparative analysis with the prototype shows that the claimed method differs by the introduction of new operations - measuring the delay difference of the relayed signals after their preliminary conversion and calculating the difference of the Doppler frequency offset by determining the maximum spectral component in the spectrum of the product of the relayed signals when one of the signals is shifted by the calculated delay. Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of "novelty."

Поясним подробнее сущность заявляемого способа.Let us explain in more detail the essence of the proposed method.

Представим излучаемый ИРИ сигнал в комплексном виде:Imagine the radiated IRI signal in a complex form:

Figure 00000003
Figure 00000003

где A(t) и ϕ(t) - соответственно действительные амплитуда и фаза сигнала ИРИ; ω - несущая частота сигнала; j - мнимая единица; t - время.where A (t) and ϕ (t) are the real amplitude and phase of the IRI signal, respectively; ω is the carrier frequency of the signal; j is the imaginary unit; t is time.

После ретрансляции сигнала i-м (k-м) летательным аппаратом на входе приемника центрального пункта обработки этот сигнал претерпевает доплеровское смещение ωдiдk), задержку на время τik) и ослабление в μik) раз:After the signal is relayed by the i-th (k-th) aircraft at the input of the receiver of the central processing point, this signal undergoes a Doppler shift ω didk ), a time delay of τ ik ) and attenuation by μ ik ) times :

Figure 00000004
Figure 00000004

Если i-й ретранслированный сигнал задержать на время τkiki, i≠k, то получим сигнал, в котором амплитуда и фаза повторяют по времени амплитуду и фазу сигнала, ретранслированного k-м летательным аппаратом:If the i-th relay signal is delayed for the time τ ki = τ ki , i ≠ k, we obtain a signal in which the amplitude and phase repeat in time the amplitude and phase of the signal relayed by the k-th aircraft:

Figure 00000005
Figure 00000005

Из выражений (2) и (3) видно, что произведение k-го сигнала на задержанный комплексно-сопряженный i-й сигнал:From the expressions (2) and (3) it can be seen that the product of the k-th signal on the delayed complex conjugate i-th signal:

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000002
- знак комплексного сопряжения позволяет сформировать гармонический сигнал с амплитудной модуляцией μi⋅μk⋅A(t-τk)2 и фиксированной начальной фазой (ωдiдk)-τk, несущая частота которого постоянна и равна разности доплеровских частот сигналов при ретрансляции i-м и k-м летательным аппаратом:
Figure 00000007
.Where
Figure 00000002
- the sign of complex conjugation allows you to generate a harmonic signal with amplitude modulation μ i ⋅μ k ⋅ A (t-τ k ) 2 and a fixed initial phase (ω di -ω dk ) -τ k , the carrier frequency of which is constant and equal to the difference of the Doppler frequencies of the signals when relaying the i-th and k-th aircraft:
Figure 00000007
.

Представим преобразованный сигнал xk(t)⋅xi(t-τki)* в форме:We represent the converted signal x k (t) ⋅ x i (t-τ ki ) * in the form:

Figure 00000008
Figure 00000008

где So - математическое ожидание огибающей μi⋅μk⋅A(t-τk)2;

Figure 00000009
;
Figure 00000010
; Amax=max{μi⋅μk⋅A(t-τk)2}; Amin=min{μi⋅μk⋅A(t-τk)2};where S o is the mathematical expectation of the envelope μ i ⋅μ k ⋅A (t-τ k ) 2 ;
Figure 00000009
;
Figure 00000010
; A max = max {μ i ⋅ μ k ⋅ A (t-τ k ) 2 }; A min = min {μ i ⋅ μ k ⋅ A (t-τ k ) 2 };

Формула (5) совпадает с традиционной формой записи амплитудно-модулированного сигнала с индексом модуляции mAM, 0≤mAM≤1 [5, с. 67-69]. Известно [5, с. 69], что мощность, заключенная в боковых полосах амплитудно-модулированного сигнала, зависит от индекса модуляции mAM и увеличивается с увеличением глубины модуляции. Однако даже в крайнем случае, когда mAM=1, только 1/3 всей мощности колебания приходится на две боковые полосы. Следовательно, мощность, приходящаяся на колебание несущей частоты

Figure 00000011
, составляет более 2/3 мощности преобразованного сигнала (4).Formula (5) coincides with the traditional form of recording an amplitude-modulated signal with a modulation index m AM , 0≤m AM ≤1 [5, p. 67-69]. It is known [5, p. 69] that the power contained in the sidebands of the amplitude-modulated signal depends on the modulation index m AM and increases with increasing modulation depth. However, even in the extreme case, when m AM = 1, only 1/3 of the total oscillation power falls on two side bands. Therefore, the power per oscillation of the carrier frequency
Figure 00000011
is more than 2/3 of the power of the converted signal (4).

Таким образом, доплеровское смещение может быть найдено путем определения максимальной спектральной составляющей в амплитудном спектре произведения ретранслированных сигналов (4), когда один из сигналов сдвигается по времени на величину τkiki, i≠k.Thus, the Doppler shift can be found by determining the maximum spectral component in the amplitude spectrum of the product of the relayed signals (4), when one of the signals is shifted in time by the quantity τ ki = τ k −τ i , i ≠ k.

Для нахождения временного сдвига τki воспользуемся предложенным в [4] способом. В [4] показано, что преобразование ретранслированных сигналов вида: Ym(t)=xm(t)⋅xm(t-Т)*, (где m=i,k) инвариантно к доплеровскому смещению частоты и позволяет, в отличие от метода прямого поиска глобального максимума время-частотной функции неопределенности, определять задержку путем однократного вычисления функции взаимной корреляции таких преобразованных сигналов без поиска по частоте доплеровского смещения. Суть этого способа заключается в том, что перед вычислением взаимокорреляционной функции ретранслированные сигналы ИРИ подвергаются дополнительной обработке:To find the time shift τ ki, we use the method proposed in [4]. It was shown in [4] that the conversion of relayed signals of the form: Y m (t) = x m (t) ⋅x m (t-T) * , (where m = i, k) is invariant to the Doppler frequency shift and allows, in difference from the direct search method for the global maximum of the time-frequency uncertainty function, to determine the delay by a single calculation of the cross-correlation function of such converted signals without searching for the frequency of the Doppler shift. The essence of this method is that before calculating the cross-correlation function, the relayed IRI signals are subjected to additional processing:

Figure 00000012
Figure 00000012

где T - фиксированный временной сдвиг: T≥1/(2⋅F); F - ширина спектра сигнала;

Figure 00000002
- знак комплексного сопряжения.where T is a fixed time shift: T≥1 / (2⋅F); F is the signal spectrum width;
Figure 00000002
- a sign of complex pairing.

Далее задержка τki определяется как аргумент максимизации модуля взаимокорреляцонной функции сигналов Yk(t) и Yi(t):Next, the delay τ ki is defined as the argument for maximizing the module of the inter-correlation function of the signals Y k (t) and Y i (t):

Figure 00000013
Figure 00000013

Воспользуемся неравенством Коши-Буняковского-Шварца [6]:We use the Cauchy-Bunyakovsky-Schwartz inequality [6]:

Figure 00000014
Figure 00000014

Причем равенство в (7) достигается тогда, когда

Figure 00000015
и g(r) равны с точностью до постоянного множителя.Moreover, equality in (7) is achieved when
Figure 00000015
and g (r) are equal up to a constant factor.

Применительно к сигналам (5) неравенство (7) представим в следующем виде:In relation to signals (5), inequality (7) can be represented as follows:

Figure 00000016
Figure 00000016

С учетом принятых ранее обозначений в (5), получим формулы входящих в числитель и знаменатель (8) выражений:Taking into account the previously adopted notation in (5), we obtain the formulas of the expressions included in the numerator and denominator (8):

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

где Ek{t}=A(t-τk)⋅A(t-τk+T); El{t}=A(t-τi+τ)⋅A(t-τi+T+τ);where E k {t} = A (t-τ k ) ⋅ A (t-τ k + T); E l {t} = A (t-τ i + τ) ⋅A (t-τ i + T + τ);

Θk{t}=ϕ(t-τk)-ϕ(t-τk+T); Θi{t}=ϕ(t-τi+τ)-ϕ(t-τi+T+τ);Θ k {t} = ϕ (t-τ k ) -ϕ (t-τ k + T); Θ i {t} = φ ( t-τ i + τ) -φ (t-τ i + T + τ);

При выводе формулы (9) учтено, что

Figure 00000020
. Следовательно, можно утверждать, что модуль взаимокорреляционной функции (6) не зависит от величины доплеровского сдвига
Figure 00000021
.When deriving formula (9), it was taken into account that
Figure 00000020
. Therefore, it can be argued that the modulus of the cross-correlation function (6) is independent of the magnitude of the Doppler shift
Figure 00000021
.

Подставляя (9)-(11) в (8) получаем эквивалентное неравенство:Substituting (9) - (11) into (8) we obtain the equivalent inequality:

Figure 00000022
Figure 00000022

Основываясь на свойствах неравенства Коши-Буняковского-Шварца [6], можно утверждать, что если Θk{t}-Θi{t}≠0, то есть когда τki≠τki, модуль взаимокорреляционной функции сигналов Yk(t) и Yi(t) (левая часть неравенства (12)), будет меньше единицы. Если же τkiki то неравенство (12) преобразуется в равенство:Based on the properties of the Cauchy-Bunyakovsky-Schwartz inequality [6], it can be argued that if Θ k {t} -Θ i {t} ≠ 0, that is, when τ ki ≠ τ ki , the module of the correlation function of signals Y k (t) and Y i (t) (the left side of inequality (12)), will be less than unity. If τ ki = τ ki then inequality (12) is transformed into the equality:

Figure 00000023
Figure 00000023

Из (13) видно, что аргумент максимизации модуля взаимокорреляцонной функции сигналов Yk(t) и Yi(t) (6) равен разности времен распространения сигналов ИРИ при ретрансляции k-м и i-м летательным аппаратом: τkiki. Причем при вычислении разностей времен распространения сигналов не требуется многократное вычисление взаимокорреляционных функций для всех возможных значений доплеровских сдвигов.It can be seen from (13) that the argument for maximizing the module of the inter-correlation function of the signals Y k (t) and Y i (t) (6) is equal to the difference in the propagation times of the IRI signals during relaying by the kth and ith aircraft: τ ki = τ ki . Moreover, when calculating the differences in the propagation times of the signals, it is not necessary to repeatedly calculate the inter-correlation functions for all possible values of the Doppler shifts.

Оценим выигрыш от предлагаемого технического решения. Поскольку это решение отличается от прототипа способом измерения доплеровского сдвига частоты сигналов при ретрансляции, сравнение проведем применительно к устройствам, выполняющим эту операцию.We estimate the gain from the proposed technical solution. Since this solution differs from the prototype in the way of measuring the Doppler frequency shift of the signals during relaying, the comparison will be applied to devices that perform this operation.

При реализации заявляемого способа на базе изделий функциональной электроники для измерения задержки τkiki потребуются две линии задержки на время T и два смесителя, формирующие сигналы Yk(t) и Yt(t), а также коррелятор на ПАВ конвольвере [2, с. 299-300], на котором и измеряют указанную задержку как максимум корреляционного интеграла (6). Измерение доплеровского сдвига потребует применения многоотводной линии задержки с коммутируемым выходом [2, с. 290-291, рис. 10.6], смесителя - для формирования произведения сигналов xk(t)⋅xi(t-τki)* и аналогового Фурье-процессора на ПАВ [2, с. 274-276]. Следовательно, в предлагаемом способе реализация измерения доплеровского сдвига на изделиях функциональной электроники потребует использования двух линий задержки на фиксированное время Т, трех смесителей, коррелятора на ПАВ конвольвере, многоотводную линию задержки с коммутируемым выходом и аналогового Фурье-процессора.When implementing the inventive method on the basis of functional products electronics for measuring delay τ ki = τ ki require two delay lines at a time T and two mixers forming the signals Y k (t) and Y t (t), and the SAW correlator convolver [2, p. 299-300], on which the indicated delay is measured as the maximum of the correlation integral (6). Doppler shift measurement will require the use of a multi-tap delay line with a switched output [2, p. 290-291, fig. 10.6], a mixer - for generating the product of signals x k (t) ⋅x i (t-τ ki ) * and an analog Fourier processor for a SAW [2, p. 274-276]. Therefore, in the proposed method, the implementation of measuring Doppler shift on functional electronics products will require the use of two delay lines for a fixed time T, three mixers, a correlator on a SAW convolver, a multi-tap delay line with a switched output, and an analog Fourier processor.

В способе-прототипе измерение доплеровского сдвига за сопоставимый интервал времени потребует применения М дисперсионных линий задержки (ДЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), имеющих разные наклоны частотной характеристики группового времени задержки (ГВЗ), компенсирующие доплеровские сдвиги (М - число элементов разрешения по доплеровскому сдвигу), и М корреляторов.In the prototype method, the measurement of the Doppler shift for a comparable time interval will require the use of M dispersion delay lines (DLS) on surface acoustic waves (SAWs) having different slopes of the frequency response of the group delay time (GW), compensating for Doppler shifts (M is the number of resolution elements by Doppler shift), and M correlators.

Таким образом, при использовании изделий функциональной электроники выигрыш составит примерно М раз.Thus, when using products of functional electronics, the gain will be approximately M times.

При реализации согласно заявляемому способу измерения доплеровского сдвига на аппаратных средствах ЦОС потребуется выполнить 2⋅N умножений (для формирования сигналов Yk(t) и Yi(t) (5)), где N - размер выборки сигнала. Для вычисления функции взаимной корреляции сигналов Yk(t) и Yi(t) путем расчета двух БПФ и одного ОБПФ потребуется 3⋅2⋅N⋅log2[2⋅N] арифметических операций [3, с. 14-15]. И, наконец, при вычислении доплеровского сдвига потребуется выполнить N умножений для формирования сигнала xk(t)⋅xi(t-τki)* и N⋅log2[N] арифметических операций для вычисления спектра сигнала xk(t)⋅xi(t-τki). Таким образом, при реализации предлагаемого способа на аппаратных средствах ЦОС суммарное число арифметических операций составит N⋅(9+7⋅log2[N]). Отсюда следует, что в данном случае выигрыш по сравнению с прототипом составит

Figure 00000024
, где М - число элементов разрешения по доплеровскому сдвигу.When implemented according to the claimed method of measuring Doppler shift on DSP hardware, it will be necessary to perform 2⋅N multiplications (for generating signals Y k (t) and Y i (t) (5)), where N is the signal sample size. To calculate the cross-correlation function of the signals Y k (t) and Y i (t) by calculating two FFTs and one IFFT, 3⋅2⋅N⋅log 2 [2⋅N] arithmetic operations are required [3, p. 14-15]. And finally, when calculating the Doppler shift, N multiplications will be required to generate the signal x k (t) ⋅x i (t-τ ki ) * and N⋅log 2 [N] arithmetic operations to calculate the signal spectrum x k (t) ⋅ x i (t-τ ki ). Thus, when implementing the proposed method on DSP hardware, the total number of arithmetic operations will be N⋅ (9 + 7⋅log 2 [N]). It follows that in this case, the gain compared to the prototype will be
Figure 00000024
where M is the number of Doppler shift resolution elements.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU: №2278395, опубл. 20.06.2006 г.1. Patent RU: No. 2278395, publ. 06/20/2006

2. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.: ил.2. Morgan D. Devices for processing signals on surface acoustic waves: Per. from English - M.: Radio and Communications, 1990. - 416 p.: Ill.

3. Цифровая обработка сигналов: Справочник / Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. - М.: Радио и связь, 1985. - 312 с., ил.3. Digital signal processing: Reference / L.М. Goldenberg, B.D. Matyushkin, M.N. Pole. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 312 p., Ill.

4. Патент RU: №2568104, опубл. 20.11.2015 г.4. Patent RU: No. 2568104, publ. November 20, 2015

5. Теория электрической связи: учебное пособие / К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов, А.Г. Нестеренко; Под общ. ред. К.К. Васильева. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 452 с.5. Theory of electrical communication: a training manual / K.K. Vasiliev, V.A. Glushkov, A.V. Dormidontov, A.G. Nesterenko; Under the total. ed. K.K. Vasilieva. - Ulyanovsk: UlSTU, 2008 .-- 452 p.

6. Неравенство Коши-Буняковского: [Электронный ресурс] // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Hepaвенство_Коши_-_Буняковского (Дата обращения: 07.12.2015).6. The Cauchy-Bunyakovsky inequality: [Electronic resource] // Wikipedia. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Hepa_Koshi_-_Bunyakovsky_domain (Date of access: 07.12.2015).

Claims (1)

Способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), заключающийся в приеме сигналов ИРИ xi(t) (t - время) на трех летательных аппаратах (i=1, 2, 3), их ретрансляции на центральный пункт обработки и вычислении координат ИРИ по разностям радиальных скоростей, прямо пропорциональных значениям доплеровского сдвига частоты, соответствующих глобальному максимуму функции взаимной корреляции ретранслированных сигналов, отличающийся тем, что доплеровские сдвиги частоты (Δƒik) находятся как аргумент максимизации амплитудного спектра произведения сигнала с одного ретранслятора xk(t) на сигнал xi(t) с другого ретранслятора, подвергнутый комплексному сопряжению и сдвигу на временную задержку τki:xk(t)⋅xi(t-τki)*(i≠k; i,k=1, 2, 3), при этом задержка τki определяется как аргумент максимизации модуля функции взаимной корреляции преобразованных сигналов Yk(t) и Yi(t), полученных путем перемножения исходных сигналов на эти же сигналы, подвергнутые комплексному сопряжению и временному сдвигу на интервал Т:Ym(t)=xm(t)⋅xm(t-Т)*, где m=i,k; Т≥1/(2⋅F); F - ширина спектра сигнала; (o)* - знак комплексного сопряжения.A method for determining the coordinates of a radio emission source (IRI), which consists in receiving IRI signals x i (t) (t - time) on three aircraft (i = 1, 2, 3), relaying them to the central processing point and calculating the coordinates of the IRI by differences radial velocity directly proportional to the value of the Doppler shift frequency corresponding to a global maximum of the cross correlation function relayed signals, characterized in that the Doppler frequency shifts (Δƒ ik) as an argument are maximizing the amplitude spectrum mfr Denia signal from one transponder x k (t) to a signal x i (t) from another repeater subjected to complex conjugation and to shift the time delay τ ki: x k (t) ⋅x i (t-τ ki) * (i ≠ k; i, k = 1, 2, 3), with a delay τ ki is determined as an argument maximization module crosscorrelation function converted signals Y k (t) and Y i (t), obtained by multiplying the original signals on the same signal, subjected to complex conjugation and a time shift by the interval T: Y m (t) = x m (t) ⋅x m (t-T) * , where m = i, k; T≥1 / (2⋅F); F is the signal spectrum width; (o) * is the sign of complex conjugation.
RU2015153942A 2015-12-15 2015-12-15 Method for determining coordinates of radio emission source RU2642846C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153942A RU2642846C2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Method for determining coordinates of radio emission source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153942A RU2642846C2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Method for determining coordinates of radio emission source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015153942A RU2015153942A (en) 2017-06-20
RU2642846C2 true RU2642846C2 (en) 2018-01-29

Family

ID=59068083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153942A RU2642846C2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Method for determining coordinates of radio emission source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2642846C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717828C1 (en) * 2019-06-26 2020-03-26 АО "Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы" Method of determining coordinates of radio-frequency sources and a system for realizing

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2278395C1 (en) * 2004-11-29 2006-06-20 Александр Викторович Дубровин Method of finding coordinates of radio-frequency radiation source
WO2006110333A2 (en) * 2005-04-07 2006-10-19 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Method and apparatus for direction finding
US7142850B1 (en) * 1998-08-04 2006-11-28 Nortel Matra Cellular Radio estimation method of a mobile station velocity
RU2305851C2 (en) * 2005-07-18 2007-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method for determining coordinates of radio emission source
WO2009065943A1 (en) * 2007-11-23 2009-05-28 Thales Method of multi-transmitter and multi-path aoa-tdoa location comprising a sub-method for synchronizing and equalizing the receiving stations
JP2010266228A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Mitsubishi Electric Corp Device for locating radio-wave emission source
RU2476900C1 (en) * 2011-10-27 2013-02-27 Научно-Исследовательский Испытательный Центр Систем Связи Федерального Государственного Учреждения "27 Центральный Научно-Исследовательский Институт Минобороны России" Method of determining coordinates of radio-frequency sources
RU2510038C2 (en) * 2011-08-12 2014-03-20 Юрий Иванович Логинов Ranging-differential-ranging method for determining coordinates of radio-frequency radiation sources and apparatus realising said method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7142850B1 (en) * 1998-08-04 2006-11-28 Nortel Matra Cellular Radio estimation method of a mobile station velocity
RU2278395C1 (en) * 2004-11-29 2006-06-20 Александр Викторович Дубровин Method of finding coordinates of radio-frequency radiation source
WO2006110333A2 (en) * 2005-04-07 2006-10-19 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Method and apparatus for direction finding
RU2305851C2 (en) * 2005-07-18 2007-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method for determining coordinates of radio emission source
WO2009065943A1 (en) * 2007-11-23 2009-05-28 Thales Method of multi-transmitter and multi-path aoa-tdoa location comprising a sub-method for synchronizing and equalizing the receiving stations
JP2010266228A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Mitsubishi Electric Corp Device for locating radio-wave emission source
RU2510038C2 (en) * 2011-08-12 2014-03-20 Юрий Иванович Логинов Ranging-differential-ranging method for determining coordinates of radio-frequency radiation sources and apparatus realising said method
RU2476900C1 (en) * 2011-10-27 2013-02-27 Научно-Исследовательский Испытательный Центр Систем Связи Федерального Государственного Учреждения "27 Центральный Научно-Исследовательский Институт Минобороны России" Method of determining coordinates of radio-frequency sources

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717828C1 (en) * 2019-06-26 2020-03-26 АО "Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы" Method of determining coordinates of radio-frequency sources and a system for realizing

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015153942A (en) 2017-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7839914B2 (en) Method and apparatus for channel estimation to electro-magnetic wave multi path between sender and receiver by using chirp signal
KR101045984B1 (en) Receiving time measuring device and distance measuring device using this receiving time measuring device
JP5535024B2 (en) Radar equipment
CN106932765A (en) With the radar equipment that phase noise is estimated
JP5089460B2 (en) Propagation delay time measuring apparatus and radar apparatus
US10746863B2 (en) Target extraction system, target extraction method, information processing apparatus, and control method and control program of information processing apparatus
CA2893723C (en) System and method for determining location of an interfering signal source
RU2642846C2 (en) Method for determining coordinates of radio emission source
JP2015036628A (en) Passive radar device
JP2011179882A (en) Method of detecting target, passive radar system, and radar system
RU2643708C2 (en) Device for estimation of frequency of harmonic noisy signal
JP2015049074A (en) Radar and object detection method
RU2571390C1 (en) Method of transmitting discrete information via hydroacoustic link in multibeam signal propagation conditions
KR100916640B1 (en) Method for Ranging Between Transmitter and Receiver Based on Wireless Communication System
RU2504798C1 (en) Method for spectral processing of auxiliary signals
RU2483319C2 (en) Method of measuring time of arrival of signal and apparatus for realising said method
EP1851867B1 (en) Method and apparatus for channel estimation to electro-magnetic wave multi path between sender and receiver by using chirp signal
RU2524843C2 (en) Method of measuring time of arrival of signal and apparatus for realising said method
RU2568897C1 (en) Method of measurement of mutual delay of signals
Kim et al. A low complexity based spectrum partitioning-ESPRIT for noncontact vital radar
Yang Nonlinear partial differential equations in marine dynamics
RU2550315C1 (en) Doppler phase meter of passive noise
RU2797027C1 (en) Device for measuring arrival time and duration of non-coherent sequence of ultra-wideband quasi radio signals of arbitrary form
RU2767317C1 (en) Signal filter with v-frequency modulation
Tan et al. Design and FPGA implementation of time-frequency transforming for stretch processing