RU2696022C1 - Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения - Google Patents

Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения Download PDF

Info

Publication number
RU2696022C1
RU2696022C1 RU2019104706A RU2019104706A RU2696022C1 RU 2696022 C1 RU2696022 C1 RU 2696022C1 RU 2019104706 A RU2019104706 A RU 2019104706A RU 2019104706 A RU2019104706 A RU 2019104706A RU 2696022 C1 RU2696022 C1 RU 2696022C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
signals
energies
mutual
radio
Prior art date
Application number
RU2019104706A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Леонидович Артемов
Олег Владимирович Афанасьев
Евгения Леонидовна Абрамова
Михаил Павлович Сличенко
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
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 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2019104706A priority Critical patent/RU2696022C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2696022C1 publication Critical patent/RU2696022C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
    • G01S3/22—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic derived from different combinations of signals from separate antennas, e.g. comparing sum with difference
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/74—Multi-channel systems specially adapted for direction-finding, i.e. having a single antenna system capable of giving simultaneous indications of the directions of different signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-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
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат – повышение достоверности обнаружения спектральных компонент сигналов ИРИ, проявляется в увеличении вероятности правильного обнаружения при фиксированной вероятности ложной тревоги. Указанный результат достигается за счет того, что прием сигналов с выходов всех антенн антенной системы в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора осуществляют многократно последовательно во времени; по каждому спектральному отсчету дополнительно выполняют вычисление взаимных межканальных энергий быстрого преобразования Фурье каждого из принятых сигналов с последующим накоплением энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждому из принятых сигналов, и формирование нормированной матрицы взаимных энергий, равной произведению накопленной матрицы взаимных энергий и матрицы, обратной к матрице корреляции аддитивного шума; в качестве решающей статистики используют отношение следа квадрата нормированной матрицы взаимных энергий к квадрату следа данной матрицы. 3 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения.
Известен способ обнаружения и определения двумерного пеленга и частоты источников радиоизлучения [Шевченко В.Н., Емельянов Г.С., Вертоградов Г.Г. Способ обнаружения и определения двумерного пеленга и частоты источников радиоизлучения. Патент РФ № 2190236, G 01 S 5/04], предполагающий когерентный прием сигналов, одновременно попадающих в текущую полосу приема, когерентный перенос на более низкую частоту, синхронное преобразование временных реализаций в цифровую форму и синхронную регистрацию принятых одночастотных и многочастотных сигналов для всех баз, образованных опорной и всеми входящими в N-элементную решетку антеннами, в полосе приема, во много раз превышающей ширину спектра одиночного сигнала передатчика, восстановление с использованием быстрого преобразования Фурье комплексных временных спектров синхронно зарегистрированных сигналов опорной и каждой n-й антенны, где n=1…N, предполагающий формирование из восстановленных комплексных временных спектров сигналов опорной и каждой n-й антенны взаимных спектральных плотностей и комплексных коэффициентов взаимной корреляции спектральной плотности на каждой частоте f принятых сигналов со спектральными плотностями на всех остальных частотах полосы приема, после чего выполнение сравнения модулей с порогом корреляции. Сигналы с частотами, на которых превышен порог, объединяют в i-й сигнал и идентифицируют его как обнаруженный сигнал, принадлежащий одному передатчику с полосой частот δfi.
Однако в данном способе используется понятие «опорной антенны», вследствие чего (как справедливо отмечено в [Радзиевский В.Г., Уфаев В.А. Первичная обработка сигналов в цифровых панорамных обнаружителях-пеленгаторах. – Радиотехника, 2003, № 7, с. 26-31]) не учитывается, что взаимный спектр сигнала в каналах приема необходимо определять для всех возможных комбинаций пар антенн. В случае приема сигналов с помощью многоканального моноимпульсного обнаружителя-пеленгатора (ОП) указанное обстоятельство является существенным недостатком данного способа, неоправданно не использующим имеющиеся технические возможности радиоэлектронной аппаратуры ОП и снижающим показатели эффективности как решения задачи обнаружения спектральных компонент сигналов, так и всей последующей цифровой обработки сигналов.
Известен способ обнаружения спектральных компонент сигналов (представленный в статье [Уфаев В.А., Разиньков С.Н., Чикин М.Г. Обнаружение и идентификация сигналов в панорамных фазометрических радиопеленгаторах //Антенны. 2008. № 3. С. 64-68.]), заключающийся в приеме сигналов двухканальным приемником, который поочередно подключается к парам выходов антенной системы (АС), выполнение быстрого преобразования Фурье (БПФ) в каналах приема, формировании решающей статистики – оценке квадрата модуля коэффициента пространственной корреляции напряжений на выходах пары каналов, не зависящей от значений коэффициентов передачи каналов, что позволяет вычислить порог обнаружения, обеспечивающий постоянную ложность тревоги, проверке выполнения решающего правила – сравнении решающей статистики с пороговым уровнем обнаружения, вычисляемым в соответствии с критерием Неймана-Пирсона, обеспечивающим постоянную вероятность ложной тревоги.
Недостатки данного способа заключаются в следующем. Реализация способа предполагает, что наблюдение сигналов осуществляется двухканальным приемником, который поочередно подключается к парам выходов АС. Однако, применительно к многоканальным моноимпульсным обнаружителям-пеленгаторам, имеющим радиоприемное устройство с числом каналов, равным числу антенн, использование указанного алгоритма коммутации каналов не является целесообразным с точки зрения быстродействия, так как приемник осуществляет синхронное чтение реализации всеми каналами. Кроме того, переход к не моноимпульсному приему с последовательной во времени коммутацией радиоприемных каналов ОП к элементам АС приводит не только к снижению точности и достоверности пеленгования ИРИ, но и к принципиальному ухудшению возможности ОП по пеленгованию ИРИ, работающих в режиме программной перестройки рабочей частоты (за счет конечного времени коммутации приемных трактов, соизмеримого со временем перестройки частоты). Указанные недостатки существенным образом ограничивают область применимости указанного способа, а их наличие не позволяет использовать способ в современных (перспективных) многоканальных системах радиомониторинга.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому является способ обнаружения [Радзиевский В.Г., Уфаев В.А. Первичная обработка сигналов в цифровых панорамных обнаружителях-пеленгаторах. – Радиотехника, 2003, № 7, с. 26-31], принятый за прототип.
Способ-прототип включает следующие процедуры.
1. Синхронный (когерентный) прием временных реализаций с выходов всех N (N>2) антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора, одновременно попадающих в текущую полосу приема (анализа), когерентный перенос (гетеродинирование) на более низкую частоту, синхронное преобразование временных реализаций в цифровую форму, вычисление отсчетов преобразования Фурье оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора.
2. По каждому nb-му спектральному отчету, nb =0…Nb-1, быстрое преобразования Фурье временных реализаций вычисление канальных (i=1…N) амплитуд (модулей
Figure 00000001
) и энергий (квадратов модулей
Figure 00000002
).
3. Формирование решающей статистики обнаружения
Figure 00000003
 для каждого nb-го спектрального отчета ([Радзиевский В.Г., Уфаев В.А. Первичная обработка сигналов в цифровых панорамных обнаружителях-пеленгаторах. – Радиотехника, 2003, № 7, с. 26-31], формула 9):
Figure 00000004
. (1)
4. По каждому спектральному отсчету сравнение решающей
Figure 00000005
 статистики с пороговым уровнем обнаружения, вычисляемым в соответствии с критерием Неймана-Пирсона и обеспечивающим требуемую постоянную вероятность ложной тревоги. В случае превышения порога – принятие решения о том, что данный спектральный отсчет является сигнальным.
В соответствии с приведенным описанием, способ-прототип имеет следующие недостатки:
1. В современных системах радиомониторинга и с целью обеспечения возможности эффективного обнаружения сигналов ИРИ, работающих в режиме псевдослучайной программной перестройки рабочей частоты, в общем случае реализуется последовательный во времени прием нескольких временных реализаций (при фиксированной частотной настройке радиоприемного тракта обнаружителя-пеленгатора). Решающая статистика (1) способа-прототипа получена в предположении приема одной временной реализации. Выполнение независимого обнаружения по спектральным отсчетам каждой принимаемой реализации обеспечивает снижение показателей эффективности обнаружения по сравнению со случаем, когда в целях повышения отношения сигнал/шум выполняется накопление энергий по каждому спектральному отсчету.
2. Решающая статистика (1) способа-прототипа справедлива в предположении, когда антенны обнаружителя-пеленгатора являются идентичными и ненаправленными, а их диаграммы направленности имеют единичную амплитуду, независящую от направления прихода радиоволны ИРИ и описываются функциями
Figure 00000006
, (2)
где
Figure 00000007
 – радиус антенной системы;
Figure 00000008
 – длина волны излучения;
Figure 00000009
 – фазирующая функция, зависящая от конфигурации антенной системы;
Figure 00000010
 – азимут направления на источник.
В общем случае при наличии взаимных влияний в АС обнаружителя-пеленгатора, а также в случае использования антенных элементов другого типа, решающая статистика (1) становится не справедливой, что приводит к ухудшению показателей эффективности способа-прототипа.
3. Выражение (1) для решающей статистики обнаружения не учитывает наличие межканальной корреляции спектральных отсчетов временных реализаций, обусловленных наличием в реальных условиях внешних помех.
4. Обнаружение в способе-прототипе осуществляется только по результатам измерения амплитуд спектральных компонент временных реализаций и не учитывает межканального соотношения фаз этих компонент, что не позволяет использовать всю информацию о сигнале, содержащуюся как в амплитуде, так и в фазе спектральных отсчетов. Данное обстоятельство не позволяет использовать в полной мере имеющиеся возможности пространственно-многоканального когерентного приема сигналов, что приводит к преднамеренному ухудшению потенциально достижимых показателей эффективности обнаружения.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение показателей эффективности пространственно многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения с помощью многоканальных моноимпульсных обнаружителей-пеленгаторов.
Для решения поставленной задачи в способе адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов, включающем синхронный (когерентный) прием временных реализаций с выходов всех антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора, одновременно попадающих в текущую полосу приема (анализа), когерентный перенос (гетеродинирование) на более низкую частоту, синхронное преобразование временных реализаций в цифровую форму, вычисление отсчетов преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора; вычисление по каждому спектральному отчету канальных и взаимных (межканальных) энергий преобразования Фурье; формирование решающей статистики обнаружения; сравнение полученной решающей статистики с пороговым уровнем обнаружения, вычисляемым в соответствии с критерием Неймана-Пирсона и обеспечивающим требуемую постоянную вероятность ложной тревоги; принятие решения об обнаружении сигнала в случае превышения решающей статистикой порогового уровня, согласно изобретению, прием временных реализаций с выходов всех антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора осуществляют многократно последовательно во времени; по каждому спектральному отчету дополнительно выполняют вычисление взаимных межканальных энергий быстрого преобразования Фурье каждой из принятых временных реализаций с последующим накоплением энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждой из принятых временных реализаций, и формирование нормированной матрицы взаимных энергий, равной произведению накопленной матрицы взаимных энергий и матрицы, обратной к матрице корреляции аддитивного шума; в качестве решающей статистики используют отношение следа квадрата нормированной матрицы взаимных энергий к квадрату следа данной матрицы.
Поставленная задача обнаружения решается следующим образом. Каждый отчет быстрого преобразования Фурье временных реализаций представляет собой комплексную амплитуду в элементарном частотном канале (ЭЧК), ширина полосы которого обратно пропорциональна длительности временной реализации. Совокупность спектральных отсчетов во всех N пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора, принадлежащих одному и тому же ЭЧК, характеризует распределение падающей на АС радиоволны на частоте данного ЭЧК.
Среди совокупности спектральных отсчетов определяются «сигнальные» отсчеты, в амплитуде и фазе которых содержится информация об излучаемой ИРИ радиоволне. Спектральное представление временных реализаций обеспечивает возможность определения спектрального состава радиосигналов (т.е. совокупности отсчетов БПФ, принадлежащим радиосигналу данного ИРИ) в отсутствии информации о законе их модуляции и способе кодирования информации. Процедура быстрого преобразования Фурье позволяет «снять» модуляцию сигнала, раскладывая его в базисе ортогональных нормированных функций и выполнять обработку в условиях имеющейся в реальных условиях параметрической и непараметрической априорной неопределенности относительно формы принимаемого радиосигнала. При этом непараметрическая неопределенность относительно формы сигнала преобразуется к параметрической неопределенности для каждого ЭЧК относительно комплексной амплитуды напряженности поля радиоволны от ИРИ и направления ее прихода.
В основе любого обнаружителя сигналов лежит свойство различия в «природе» сигнальных и помеховых (стохастических) составляющих. Несмотря на отсутствие априорной информации о форме (законах амплитудной и фазовой модуляции) сигнала ИРИ, возможность пространственно разнесенного приема сигналов позволяет учесть дополнительное различие сигналов и помех. Данное различие состоит в том, что сигнальная составляющая характеризует распределение амплитуды и фазы поля радиоволны ИРИ по раскрыву антенны ОП. Помеховая составляющая не имеет данного представления, а ее компоненты в пространственно разнесенных пунктах приема имеют случайные амплитуды и фазы, не обусловленные падением некоторой радиоволны с плоским волновым фронтом.
Таким образом, важной особенностью задачи адаптивного пространственно многоканального обнаружения спектральных сигналов ИРИ является обнаружение не произвольной сигнальной составляющей в наблюдаемых данных (НД), а составляющей, обусловленной плоским волновым фронтом радиоволны от удаленного ИРИ. Данная задача представляет собой бинарную задачу проверки статистических гипотез: гипотеза
Figure 00000011
 о том, что в НД присутствуют сигнальные составляющие от ИРИ; гипотеза
Figure 00000012
 о том, что в НД отсутствуют сигнальные составляющие от ИРИ.
В результате решения поставленной задачи предлагаемый способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов ИРИ предполагает выполнение следующих процедур:
1. Многократный последовательный во времени синхронный (когерентный) прием временных реализаций с выходов всех антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора, одновременно попадающих в текущую полосу приема (анализа), когерентный перенос (гетеродинирование) на более низкую частоту, синхронное преобразование временных реализаций в цифровую форму, вычисление отсчетов быстрого преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора.
2. По каждому спектральному отчету вычисление канальных и взаимных (межканальных) энергий быстрого преобразования Фурье каждой из принятых временных реализаций и накопление энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждой из принятых временных реализаций, и формирование нормированной матрицы
Figure 00000013
 взаимных энергий, равной произведению
Figure 00000014
 накопленной матрицы
Figure 00000015
 взаимных энергий и матрицы
Figure 00000016
, обратной к матрице корреляции
Figure 00000017
 аддитивного шума.
3. Формирование решающей статистики обнаружения (3), представляющей собой отношение следа (суммы диагональных элементов) квадрата нормированной матрицы взаимных энергий к квадрату следа данной матрицы:
Figure 00000018
, (3)
где
Figure 00000019
;
Figure 00000020
 – матрица взаимных энергий сигналов, «накопленная» по серии из K>1 измерений, с элементами
Figure 00000021
, (4)
Figure 00000022
 – комплексный отсчет (с порядковым номером nb =0…Nb-1) быстрого преобразования Фурье k-й временной реализации, принятой в
Figure 00000023
-м пространственном канале обнаружителя-пеленгатора (совпадающий с номером антенны АС, подключенной ко входу канала);
Figure 00000024
1…N – порядковые номера пространственных каналов обнаружителя-пеленгатора;
k=1…К – порядковый номер принятой временной реализации;
Figure 00000025
 – матрица коэффициентов межканальной корреляции аддитивного шума (при отсутствии корреляции шума матрица является диагональной единичной);
Figure 00000026
 – оператор эрмитова сопряжения,
Figure 00000027
 – обратная матрица,
Figure 00000028
 – оператор следа матрицы.
4. Сравнение решающей статистики (3) с пороговым уровнем обнаружения, вычисляемым в соответствии с критерием Неймана-Пирсона и обеспечивающим требуемую постоянную вероятность ложной тревоги; принятие решения об обнаружении сигнала в случае превышения статистикой порогового уровня.
Элементы матрицы (3), находящиеся вне ее главной диагонали, характеризуют амплитудно-фазовое пространственное распределение электрического поля падающей радиоволны с плоским волновым фронтом, возмущенное аддитивным внутренним шумом радиоприемного устройства обнаружителя-пеленгатора и внешними эфирными помехами. Элементы главной диагонали данной матрицы характеризуют распределение энергии сигнальной, шумовой и помехой составляющих по пространственным каналам обнаружителя-пеленгатора.
Решающая статистика предлагаемого способа инвариантна к структуре и характеристикам направленности антенных элементов АС и не предполагает нахождения оценки направления прихода радиоволны до принятия решения о справедливой гипотезе.
Предлагаемый способ адаптивного пространственно многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов ИРИ лишен перечисленных выше недостатков способа-прототипа, а именно:
1 Решающая статистика (3) предлагаемого способа, в отличие от способа-прототипа, получена в предположении приема нескольких временных реализаций и предполагает накопление по каждому спектральному отсчету канальных и взаимных спектральных энергий, что позволяет в случае моноимпульсного приема временных реализаций обеспечить повышение показателей эффективности обнаружения за счет повышения выходного отношения сигнал/шум.
2 Решающая статистика (3) предлагаемого способа, в отличие от способа-прототипа, справедлива в случае АС с произвольной структурой и характеристиками направленности антенных элементов, и в частности, в используемом в способе-прототипе предположении, когда антенны обнаружителя-пеленгатора являются идентичными и ненаправленными. Это позволяет использовать предлагаемый способ в реальных условиях функционирования обнаружителей-пеленгаторов, когда имеют место взаимные влияния антенн друг на друга.
3 Выражение (3) для решающей статистики обнаружения предлагаемого способа, в отличие от способа-прототипа, учитывает наличие межканальной корреляции спектральных отсчетов временных реализаций, обусловленных наличием в реальных условиях внешних помех, что позволяет при разработке обнаружителей-пеленгаторов проводить анализ достижимых показателей эффективности обнаружения сигналов ИРИ в условиях насыщенной электромагнитной обстановки, а также учитывать наличие корреляции помех при обнаружении спектральных компонент сигналов ИРИ в реальных условиях функционирования обнаружителей-пеленгаторов.
4 Предлагаемый способ обнаружения осуществляется по результатам измерения и накопления как канальных так и взаимных спектральных энергий, что в отличие от способа-прототипа, позволяет использовать всю информацию о сигнале, содержащуюся как в амплитуде, так и в фазе спектральных отсчетов. Это позволяет использовать в полной мере имеющиеся возможности пространственно-многоканального когерентного приема сигналов, и повышению (относительно способа-прототипа) потенциально достижимых показателей эффективности обнаружения.
Технический результат способа обеспечивается тем, что при формировании решающей статистики (3) используются соотношения амплитуд и фаз сигналов, принятых пространственно многоканальной радиоприёмной системой обнаружителя-пеленгатора, реализуется накопление канальных и взаимных энергий спектральных компонент по нескольким реализациям, а также учитывается наличие межканальной корреляции эфирных помех. Работоспособность и эффективность предлагаемого способа обнаружения при замираниях сигнала в каналах ОП обусловлена тем, что при выводе решающей статистики (3) не накладывались ограничения на амплитудную зависимость характеристик направленности антенных элементов АС.
Блок-схема для реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1, где обозначено:
1 - блок многократного многоканального приема временных реализаций и переноса на более низкую частоту;
2 - блок оцифровки временных реализаций;
3 - блок вычисления преобразования Фурье временных реализаций;
4 - блок вычисления канальных спектров;
5 - блок вычисления взаимных спектров;
6 - блок накопления матриц взаимных энергий;
7 - блок формирования нормированной матрицы взаимных энергий;
8 - блок вычисления суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы;
9 - блок вычисления квадрата суммы диагональных элементов нормированной матрицы;
10 - блок вычисления решающей статистики;
11 - блок сравнения решающей статистики с порогом.
Устройство содержит последовательно соединенные блок приема временных реализаций и переноса на более низкую частоту 1, блок оцифровки временных реализаций 2 и блок вычисления преобразования Фурье временных реализаций 3, выходы которого соединены с входами - блока вычисления канальных спектров 4 и блока вычисления взаимных спектров 5 соответственно. Выходы блоков вычисления канальных спектров 4 и вычисления взаимных спектров 5 подключены к соответствующим входам блока накопления матриц взаимных энергий 6, выход которого соединен с входом блока формирования нормированной матрицы взаимных энергий 7, выходы которого соединены с входами блока вычисления суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы 8 и блока вычисления квадрата суммы диагональных элементов нормированной матрицы 9, выходы которых подсоединены к соответствующим входам блока вычисления решающей статистики 10, выход которого соединен с входом блока сравнения решающей статистики с порогом 11, выход которого является выходом устройства.
Устройство для реализации заявленного способа работает следующим образом.
Блок 1 осуществляет многократный последовательный во времени синхронный (когерентный) прием временных реализаций с выходов всех антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора и когерентный перенос на более низкую частоту. Затем блок 2 синхронно преобразует принятые временные реализации в цифровую форму. В блоке 3 для каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора происходит вычисление отсчетов преобразования Фурье
Figure 00000022
,
где nb порядковый номер спектрального отсчета,
k – порядковый номер временной реализации, принятой в
Figure 00000023
-м пространственном канале обнаружителя-пеленгатора (совпадающий с номером антенны АС, подключенной ко входу канала).
По результатам вычисления блоков 4 и 5 в блоке 6 происходит накопление по каждому спектральному отчету по каждой из принятых временных реализаций канальных и взаимных энергий спектральных компонент путем суммирования их значений, вычисленных по каждой из принятых временных реализаций
Figure 00000021
.
В блоке 7 формируется нормированная матрица взаимных энергий:
Figure 00000029
,
где
Figure 00000015
 - накопленная матрица взаимных энергий
Figure 00000016
 матрица, обратной к матрице корреляции аддитивного шума.
По результатам работы блока 7 параллельно в блоках 8 и 9 для каждого спектрального отчета nb происходит вычисления суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы взаимных энергий отождествляемых спектральных компонент
Figure 00000030
и произведения суммы диагональных элементов данных матриц
Figure 00000031
соответственно.
В блоке 10 выполняется вычисление решающей статистики по каждому спектральному отсчету nb идентификации
Figure 00000032
.
В блоке 11 по каждому спектральному отчету происходит сравнение решающей статистики
Figure 00000033
 с пороговым уровнем обнаружения.
В случае превышения порога – принятие решения об обнаружении сигнала.
Сравнение показателей эффективности предлагаемого способа пространственно многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов и способа-прототипа.
Анализ статистических характеристик распределения обеих решающих статистик (ф.(1) и ф.(3)) был проведен в пакете моделирования Matlab R-2012a. При статистическом моделировании характеристик обнаружения число статистических испытаний выбиралось равным 108. Моделировалось падение плоской радиоволны с различных направлений на многоэлементные антенные решетки. В каждом статистическом эксперименте по одинаковым исходным данным вычислялись величины, соответствующие решающим статистикам (1) и (3). Аддитивные канальные шумы полагались гауссовскими с одинаковыми интенсивностями, нулевыми средними значениями и диагональной матрицей корреляции. Под отношением сигнал/шум понималось отношение модуля амплитуды сигнала к среднеквадратическому значению шума. Вероятность пропуска (в диапазоне от 10-2 до 10-6) вычислялась как относительная частота превышения (при наличии сигнала ИРИ) указанными статистиками пороговых уровней, обеспечивающих заданные (одинаковые для обоих) вероятности ложной тревоги.
Для обеспечения большего соответствия результатов моделирования с реальными условиями функционирования ОП при моделировании предполагалось, что в каждом статистическом эксперименте уровни амплитуды сигнала в каналах ОП различны, отличаются на величину от 0 дБ до 6 дБ (изменение амплитуды проводилось по равномерному закону). В частности, различные уровни сигнала в каналах ОП в большинстве случаев обусловлены наличием взаимных влияний в АС ОП. Результаты моделирования представлены на фигурах 2 и 3.
На фиг. 2 представлена зависимость вероятности ложной тревоги от порогового уровня обнаружения для семиканального ОП. На фиг. 3 представлена зависимость вероятности пропуска сигнала от энергетического отношения сигнал-шум
Figure 00000034
, измеренного в дБ, для семиканального ОП при пороге обнаружения, обеспечивающим вероятность ложной тревоги
Figure 00000035
; количество накоплений матрицы взаимных энергий полагалось равным 3. Сплошная кривая соответствует предлагаемому способу обнаружения с решающей статистикой (3), пунктирная – способу с решающей статистикой (1).
Из представленных зависимостей видно, что в сравнении со способом-прототипом, предлагаемый способ пространственно многоканального обнаружения при одинаковой величине ложной тревоги и фиксированном отношении сигнал/шум обеспечивает меньшую вероятность пропуска сигнала. Выигрыш в показателях эффективности предлагаемого способа увеличивается с ростом количества радиоприемных каналов ОП и степени отличия уровней принимаемого сигнала в каналах ОП.
Предлагаемый способ справедлив для АС с произвольной структурой и характеристиками направленности антенных элементов, в результате чего обеспечивается инвариантность решающей статистики способа к изменению соотношений уровней сигналов в каналах, в том числе обусловленных взаимными влияниями в антенной системе.

Claims (1)

  1. Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов, включающий синхронный прием сигналов во временной области с выходов всех антенн антенной системы (АС) в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора, одновременно попадающих в текущую полосу приема и анализа, синхронный перенос на более низкую частоту путем гетеродинирования, синхронное преобразование сигналов во временной области в цифровую форму, вычисление отсчетов преобразования Фурье каждого оцифрованного сигнала во временной области в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора; вычисление по каждому спектральному отсчету канальных и взаимных энергий преобразования Фурье; формирование решающей статистики обнаружения; сравнение полученной решающей статистики с пороговым уровнем обнаружения, вычисляемым в соответствии с критерием Неймана-Пирсона и обеспечивающим требуемую постоянную вероятность ложной тревоги; принятие решения об обнаружении сигнала в случае превышения решающей статистикой порогового уровня, отличающийся тем, что прием сигналов во временной области с выходов всех антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора осуществляют многократно последовательно во времени; по каждому спектральному отсчету дополнительно выполняют вычисление взаимных межканальных энергий быстрого преобразования Фурье каждого из принятых сигналов во временной области с последующим накоплением энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждому из принятых сигналов во временной области, и формирование нормированной матрицы взаимных энергий, равной произведению накопленной матрицы взаимных энергий и матрицы, обратной к матрице корреляции аддитивного шума; в качестве решающей статистики используют отношение следа квадрата нормированной матрицы взаимных энергий к квадрату следа данной матрицы.
RU2019104706A 2019-02-20 2019-02-20 Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения RU2696022C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104706A RU2696022C1 (ru) 2019-02-20 2019-02-20 Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104706A RU2696022C1 (ru) 2019-02-20 2019-02-20 Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696022C1 true RU2696022C1 (ru) 2019-07-30

Family

ID=67586882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019104706A RU2696022C1 (ru) 2019-02-20 2019-02-20 Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696022C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731546C1 (ru) * 2019-09-11 2020-09-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ обработки радиолокационного сигнала с фазовой модуляцией
RU2768238C1 (ru) * 2021-06-23 2022-03-23 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ двухэтапной селекции спектральных компонент радиосигналов в многоканальной аппаратуре радиомониторинга

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09230020A (ja) * 1996-02-28 1997-09-05 Toshiba Corp 受信処理装置
US6545639B1 (en) * 2001-10-09 2003-04-08 Lockheed Martin Corporation System and method for processing correlated contacts
WO2005010550A1 (en) * 2003-07-12 2005-02-03 Qinetiq Limited Direction finding
RU2253877C2 (ru) * 2003-07-14 2005-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Способ пеленгации радиосигналов и многоканальный пеленгатор
RU2383897C1 (ru) * 2008-11-05 2010-03-10 Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления
WO2018048471A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Raytheon Company Systems and methods for direction finding using augmented spatial sample covariance matrices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09230020A (ja) * 1996-02-28 1997-09-05 Toshiba Corp 受信処理装置
US6545639B1 (en) * 2001-10-09 2003-04-08 Lockheed Martin Corporation System and method for processing correlated contacts
WO2005010550A1 (en) * 2003-07-12 2005-02-03 Qinetiq Limited Direction finding
RU2253877C2 (ru) * 2003-07-14 2005-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Способ пеленгации радиосигналов и многоканальный пеленгатор
RU2383897C1 (ru) * 2008-11-05 2010-03-10 Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления
WO2018048471A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Raytheon Company Systems and methods for direction finding using augmented spatial sample covariance matrices

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РАДЗИЕВСКИЙ В.Г., УФАЕВ В.А. Первичная обработка сигналов в цифровых панорамных обнаружителях-пеленгаторах. Ж. Радиотехника, 2003, N7, с.26-31. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731546C1 (ru) * 2019-09-11 2020-09-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ обработки радиолокационного сигнала с фазовой модуляцией
RU2768238C1 (ru) * 2021-06-23 2022-03-23 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ двухэтапной селекции спектральных компонент радиосигналов в многоканальной аппаратуре радиомониторинга

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2696093C1 (ru) Способ адаптивного отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения
Munari et al. Stochastic geometry interference analysis of radar network performance
KR100336550B1 (ko) 방향 탐지기와 방향 탐지기의 측정 결과 처리 장치
CN101105525A (zh) 纯相位型宽频带微波辐射源测向装置及测向方法
RU2696022C1 (ru) Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения
RU2704027C1 (ru) Способ контроля излучения нескольких источников частотно-неразделимых сигналов
Sabibolda et al. Improving the Accuracy And Performance Speed Of The Digital Spectral-Correlation Method For Measuring Delay In Radio Signals And Direction Finding
CN115508799A (zh) 一种基于矩空间的分布式被动雷达目标检测方法
RU2731130C1 (ru) Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала
RU2723145C1 (ru) Способ и устройство обнаружения шумящих в море объектов бортовой антенной
RU2732504C1 (ru) Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения и пеленгования двух частотно-неразделимых источников радиоизлучения
RU2289146C1 (ru) Способ обнаружения и пеленгования радиосигналов
Houghton et al. Direction finding on spread-spectrum signals using the time-domain filtered cross spectral density
RU2768011C1 (ru) Способ одноэтапного адаптивного определения координат источников радиоизлучений
RU2294546C2 (ru) Способ идентификации радиоизлучения
US9660715B2 (en) Method for the detection of an electromagnetic signal by an antenna array, and device implementing said method
RU119126U1 (ru) Устройство повышения углового разрешения амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы
Wu et al. Switched-element direction finding
RU2713514C1 (ru) Способ контроля излучения источника в заданном направлении
RU2768217C1 (ru) Способ адаптивного многоканального обнаружения радиосигналов в условиях помех с неизвестными параметрами
RU2696094C1 (ru) Способ повышения точности и достоверности пеленгования при накоплении спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения
Russer et al. A novel vector near-field scanning system for emission measurements in time-domain
RU2470315C1 (ru) Способ компьютерно-интерферометрического обнаружения-пеленгования радиосигналов с расширенным спектром
RU2410707C2 (ru) Способ поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных радиосигналов
RU2316015C1 (ru) Способ компьютерно-интерферометрической локализации сложных сигналов