RU2724923C2 - Method for secretive monitoring of radio silent objects - Google Patents

Method for secretive monitoring of radio silent objects Download PDF

Info

Publication number
RU2724923C2
RU2724923C2 RU2018129356A RU2018129356A RU2724923C2 RU 2724923 C2 RU2724923 C2 RU 2724923C2 RU 2018129356 A RU2018129356 A RU 2018129356A RU 2018129356 A RU2018129356 A RU 2018129356A RU 2724923 C2 RU2724923 C2 RU 2724923C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
scattered
matrix
radio
Prior art date
Application number
RU2018129356A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018129356A3 (en
RU2018129356A (en
Inventor
Игорь Владимирович Донец
Яков Аронович Рейзенкинд
Валерий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
Priority to RU2018129356A priority Critical patent/RU2724923C2/en
Publication of RU2018129356A publication Critical patent/RU2018129356A/en
Publication of RU2018129356A3 publication Critical patent/RU2018129356A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2724923C2 publication Critical patent/RU2724923C2/en

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
    • 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
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar

Landscapes

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

Abstract

FIELD: radio equipment.SUBSTANCE: invention can be used in control systems of ground, sea and air space using direct and scattered radio signals, emitted by multiple uncontrolled and controlled transmitters of radioelectronic systems for various purposes. Efficiency improvement is achieved due to use of new masking interference compensation operations, as well as operations of formation of a set of small-size single-frequency matrix signals of the complex phasing function for various parts of the expected delay region instead of a set of higher-dimensional double-frequency matrix signals of a complex phasing function for a full region of expected delays.EFFECT: technical result is high efficiency (sensitivity and speed) of stealthy tracking of radio-silent objects.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.The invention relates to radio engineering and can be used in monitoring systems of land, sea and air space using direct and scattered objects of radio signals emitted by many uncontrolled and monitored transmitters of electronic systems for various purposes.

Технология скрытного обнаружения и слежения за подвижными объектами, использующая естественный радиоподсвет целей, создаваемый на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения, пока еще не получила достаточного распространения, несмотря на то, что может существенно повысить скрытность и эффективность обнаружения, пространственной локализации и идентификации широкого класса подвижных объектов.The technology of secretive detection and tracking of moving objects, using the natural radio illumination of targets created at a variety of frequencies by radio emissions from transmitters for various purposes, has not yet received sufficient distribution, despite the fact that it can significantly increase the stealth and efficiency of detection, spatial localization and identification of a wide class of moving objects.

Известен способ скрытного сопровождения радиомолчащих объектов [1], заключающийся в том, что принимают решеткой из N антенн прямые и рассеянные объектами радиосигналы широкополосных передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, цифровые сигналы преобразуют в прямой и рассеянные сигналы для выбранных азимутально-угломестных направлений приема, которые совместно со значением азимутально-угломестного направления приема запоминают, преобразуют прямой сигнал в многочастотный матричный сигнал комплексной фазирующей функции, включающий гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными стационарными и подвижными объектами в ожидаемой области задержек на всех ожидаемых частотах доплеровского сдвига, запоминают многочастотный матричный сигнал фазирующей функции, для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема преобразуют рассеянный цифровой и многочастотный матричный сигнал фазирующей функции в сигнал комплексного частотно-временного изображения, после чего по локальным максимумам квадрата модуля элементов частотно-временного изображения определяют число рассеянных радиосигналов в выбранном азимутально-угломестном направлении, по параметрам которых - значению временной задержки, доплеровского сдвига каждого рассеянного радиосигнала и значению азимутально-угломестного направления приема рассеянных радиосигналов - выполняют обнаружение и пространственную локализацию подвижных объектовThere is a method of covert tracking radio-silent objects [1], which consists in the fact that the lattice of N antennas receives direct and scattered objects of the radio signals of broadband transmitters of electronic systems for various purposes, synchronously transform the ensemble of the received antennas of radio signals into digital signals, digital signals are converted into direct and scattered signals for the selected azimuthal elevation directions of reception, which together with the value of the azimuthal elevation direction of reception is stored, convert the direct signal into a multi-frequency matrix signal of a complex phasing function, including hypothetical signals scattered by potential stationary and moving objects in the expected delay region at all expected Doppler shift frequencies , remember the multi-frequency matrix signal of the phasing function, for each selected azimuthal elevation direction, the scattered digital and multi-frequency matrix phase signal is converted function into the signal of the complex time-frequency image, after which the number of scattered radio signals in the selected azimuth-elevation direction is determined by the local maxima of the square of the module of the elements of the time-frequency image, the parameters of which are the time delay value, Doppler shift of each scattered radio signal and the azimuthal value elevation direction of scattered radio signals reception - they perform detection and spatial localization of moving objects

Данный способ обеспечивает обнаружение и сопровождение широкого класса радиомолчащих объектов. Однако из-за большой размерности многочастотного матричного сигнала комплексной фазирующей функции при реализации данного способа требуется очень большой объем вычислительных операций.This method provides the detection and tracking of a wide class of radio-silent objects. However, due to the large dimension of the multi-frequency matrix signal of the complex phasing function, the implementation of this method requires a very large amount of computational operations.

Более эффективным является способ скрытного сопровождения радиомолчащих объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:More effective is the method of secretive tracking of radio-silent objects [2], free from this drawback and selected as a prototype. According to this method:

принимают решеткой из N антенн прямые и рассеянные объектами радиосигналы широкополосных передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения,receive a lattice of N antennas direct and scattered by the objects of the radio signals of broadband transmitters of electronic systems for various purposes,

синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, цифровые сигналы преобразуют в прямой s и рассеянные

Figure 00000001
сигналы для выбранных азимутально-угломестных направлений приема
Figure 00000002
которые совместно со значением азимутально-угломестного направления приема запоминают,synchronously transform the ensemble of radio signals received by the antennas into digital signals, digital signals are converted into direct s and scattered
Figure 00000001
signals for selected azimuth-elevation directions of reception
Figure 00000002
which together with the value of the azimuth-elevation direction of reception remember

преобразуют прямой сигнал s в двухчастотные матричные сигналы комплексной фазирующей функции А, каждый из которых включает гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными стационарными и подвижными объектами в ожидаемой области задержек на нулевой ω=0 и ожидаемой ω частоте доплеровского сдвига, матричные сигналы А запоминают,transform the direct signal s into two-frequency matrix signals of the complex phasing function A, each of which includes hypothetical signals scattered by potential stationary and moving objects in the expected delay region at zero ω = 0 and the expected ω Doppler shift frequency, matrix signals A are stored,

для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема и каждого ожидаемого значения доплеровского сдвига частоты преобразуют рассеянный сигнал

Figure 00000003
в сигнал элемента комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000004
где AH - матрица, эрмитово сопряженная с А,for each selected azimuthal elevation direction of reception and each expected value of the Doppler frequency shift, the scattered signal is converted
Figure 00000003
in the signal element of a complex time-frequency image
Figure 00000004
where A H is a Hermitian conjugate matrix with A,

сигнал

Figure 00000005
запоминают и используют в качестве начального приближения, а также итерационно формируют зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000006
где
Figure 00000007
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000008
k=1, 2, … - номер итерации, и сигнал очередного приближения элемента комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000009
где λ - множитель Лагранжа, до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K,signal
Figure 00000005
remember and use as an initial approximation, and also iteratively form an auxiliary matrix signal dependent on the previous solution
Figure 00000006
Where
Figure 00000007
- z-th component of the image element vector
Figure 00000008
k = 1, 2, ... is the iteration number, and the signal of the next approximation of the element of the complex time-frequency image
Figure 00000009
where λ is the Lagrange multiplier, until the current iteration number exceeds a given threshold K,

объединяют сформированные сигналы элементов изображения

Figure 00000010
в матричный сигнал результирующего комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000011
combine the generated signals of the image elements
Figure 00000010
into the matrix signal of the resulting complex time-frequency image
Figure 00000011

после чего по локальным максимумам квадрата модуля матричного сигнала результирующего изображения

Figure 00000012
где
Figure 00000013
- ωq-я компонента матричного сигнала результирующего изображения
Figure 00000011
определяют число рассеянных радиосигналов в выбранном азимутально-угломестном направлении, по параметрам которых - значениям доплеровского сдвига частоты ω и временной задержки q каждого рассеянного радиосигнала и азимутально-угломестного направления приема
Figure 00000014
рассеянных радиосигналов - выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов.after which, according to the local maxima of the square of the module of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000012
Where
Figure 00000013
- ωq-th component of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000011
determine the number of scattered radio signals in the selected azimuthal elevation direction, the parameters of which are the values of the Doppler frequency shift ω and the time delay q of each scattered radio signal and the azimuthal elevation direction
Figure 00000014
scattered radio signals - perform detection, spatial localization and tracking of objects.

Способ-прототип благодаря формированию совокупности двухчастотных матричных сигналов комплексной фазирующей функции А=[А0,Аω], где А0 - подматрица одночастотного матричного сигнала на нулевой частоте ω=0 доплеровского сдвига, а Аω - подматрица одночастотного матричного сигнала на ожидаемой частоте ω доплеровского сдвига, вместо имеющего более высокую размерность и требующего значительно большего количества вычислительных операций одного многочастотного матричного сигнала, обладает по сравнению с аналогом более высоким быстродействием.The prototype method due to the formation of a set of two-frequency matrix signals of the complex phasing function A = [A 0 , A ω ], where A 0 is the submatrix of the single-frequency matrix signal at zero frequency ω = 0 Doppler shift, and A ω is the submatrix of the single-frequency matrix signal at the expected frequency ω Doppler shift, instead of having a higher dimension and requiring a significantly larger number of computational operations of a single multi-frequency matrix signal, has a higher speed compared to the analog.

Однако быстродействие способа-прототипа снижается с увеличением диапазона контролируемых задержек (дальностей) и диапазона частот доплеровского сдвига (скоростей перемещения обнаруживаемых объектов) и недостаточно для реализации операций обнаружения, пространственной локализации и сопровождения радиомолчащих объектов различных классов в реальном масштабе времени на существующей вычислительной базе.However, the speed of the prototype method decreases with an increase in the range of controlled delays (ranges) and the frequency range of Doppler shift (moving speeds of detected objects) and is insufficient for realizing the detection, spatial localization and tracking of radio-silent objects of various classes in real time on an existing computing base.

Учитывая, что вычислительная сложность преобразования матричных сигналов существенно зависит от размера матриц, повышение быстродействия способа-прототипа возможно дальнейшим уменьшением размерности каждого матричного сигнала комплексной фазирующей функции как по частоте доплеровского сдвига, так и по временной задержке.Given that the computational complexity of the conversion of matrix signals substantially depends on the size of the matrices, an increase in the speed of the prototype method is possible by further decreasing the dimension of each matrix signal of a complex phasing function both in terms of the frequency of the Doppler shift and the time delay.

Кроме того, у способа-прототипа отсутствуют операции компенсации прямого сигнала подсвета и рассеянных стационарными объектами сигналов. Как следствие, прямой сигнал и рассеянные стационарными объектами сигналы маскируют эхо-сигналы малоразмерных и низкоскоростных объектов, что ограничивает чувствительность их обнаружения и пространственной локализации.In addition, the prototype method has no compensation operation of the direct backlight signal and signals scattered by stationary objects. As a result, the direct signal and signals scattered by stationary objects mask the echo signals of small and low-speed objects, which limits the sensitivity of their detection and spatial localization.

Таким образом, недостатком способа-прототипа является низкая эффективность (ограниченные чувствительность и быстродействие) обнаружения радиомолчащих объектов.Thus, the disadvantage of the prototype method is the low efficiency (limited sensitivity and speed) of detecting radio-silent objects.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности (чувствительности и быстродействия) скрытного сопровождения радиомолчащих объектов.The technical result of the invention is to increase the efficiency (sensitivity and speed) of secretive tracking of radio-silent objects.

Повышение эффективности (чувствительности и быстродействия) скрытного сопровождения радиомолчащих объектов достигается за счет применения новых операций:Improving the efficiency (sensitivity and speed) of secretive tracking of radio-silent objects is achieved through the use of new operations:

- очистки обнаруживаемых эхо-сигналов подвижных объектов путем компенсации маскирующих помех в виде прямого сигнала подсвета и рассеянных стационарными объектами сигналов;- cleaning detected echoes of moving objects by compensating for masking interference in the form of a direct backlight signal and signals scattered by stationary objects;

- формирования совокупности малоразмерных одночастотных матричных сигналов комплексной фазирующей функции для различных частей ожидаемой области задержек вместо совокупности имеющих более высокую размерность двухчастотных матричных сигналов комплексной фазирующей функции для полной области ожидаемых задержек.- the formation of a set of small single-frequency matrix signals of a complex phasing function for different parts of the expected delay region instead of a set of higher dimensional two-frequency matrix signals of a complex phasing function for the full region of expected delays.

Технический результат достигается тем, что в способе скрытного мониторинга радиомолчащих объектов, заключающемся в том, что принимают решеткой из N антенн прямые и рассеянные объектами радиосигналы широкополосных передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, цифровые сигналы преобразуют в прямой s и рассеянные

Figure 00000015
сигналы для выбранных азимутально-угломестных направлений приема
Figure 00000016
которые совместно со значением азимутально-угломестного направления приема запоминают, согласно изобретению, преобразуют прямой сигнал s в одночастотные частичные матричные сигналы комплексной фазирующей функции Аων, каждый из которых включает гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными стационарными и подвижными объектами на одной из ожидаемых частот доплеровского сдвига ω в ν-й части ожидаемой области задержек, частичные матричные сигналы Аων запоминают и объединяют в полный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А0 для нулевого значения доплеровского сдвига частоты, для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема преобразуют рассеянный сигнал
Figure 00000017
в сигнал элемента комплексного частотно-временного изображения для нулевого значения доплеровского сдвига частоты
Figure 00000018
где
Figure 00000019
- матрица, эрмитово сопряженная с А0, с использованием сигнала
Figure 00000020
в качестве начального приближения итерационно формируют и запоминают зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000021
где
Figure 00000022
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000023
k=1, 2, … - номер итерации, а также сигнал очередного приближения элемента комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000024
где λ - множитель Лагранжа, и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов рассеянный сигнал
Figure 00000025
до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, после этого из очищенного сигнала
Figure 00000026
для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω в каждой ν-й части ожидаемой области задержек формируют сигнал начального приближения
Figure 00000027
а затем итерационно получают и запоминают вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000028
и сигнал очередного приближения
Figure 00000029
элемента очищенного комплексного частотно-временного изображения до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, объединяют сформированные сигналы элементов очищенного изображения
Figure 00000030
в матричный сигнал результирующего комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000031
после чего по локальным максимумам квадрата модуля матричного сигнала результирующего изображения
Figure 00000032
где
Figure 00000033
- ωq-я компонента матричного сигнала результирующего изображения
Figure 00000031
определяют число рассеянных радиосигналов в выбранном азимутально-угломестном направлении, по параметрам которых - значениям азимутально-угломестного направления приема
Figure 00000034
доплеровского сдвига частоты ω и временной задержки q каждого рассеянного радиосигнала - выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов.The technical result is achieved by the fact that in the method of covert monitoring of radio-silent objects, which consists in the fact that the lattice of N antennas receives the direct and scattered objects of the radio signals of broadband transmitters of electronic systems for various purposes, synchronously convert the ensemble of radio signals received by the antennas into digital signals, digital signals are converted into direct s and scattered
Figure 00000015
signals for selected azimuth-elevation directions of reception
Figure 00000016
which, together with the value of the azimuthal elevation direction of reception, remember, according to the invention, convert the direct signal s into single-frequency partial matrix signals of the complex phasing function A ων , each of which includes hypothetical signals scattered by potential stationary and moving objects at one of the expected Doppler shift frequencies ω in the νth part of the expected delay region, the partial matrix signals A ων are stored and combined into a complete matrix signal of the complex phasing function A 0 for the zero value of the Doppler frequency shift, for each selected azimuthal elevation direction, the scattered signal is converted
Figure 00000017
into the signal element of a complex time-frequency image for a zero value of the Doppler frequency shift
Figure 00000018
Where
Figure 00000019
- a Hermitian conjugate matrix with A 0 using a signal
Figure 00000020
as an initial approximation, an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is iteratively generated and stored
Figure 00000021
Where
Figure 00000022
- z-th component of the image element vector
Figure 00000023
k = 1, 2, ... is the iteration number, as well as the signal of the next approximation of the element of the complex time-frequency image
Figure 00000024
where λ is the Lagrange multiplier, and the scattered signal purified from direct and scattered by stationary objects signals
Figure 00000025
until the current iteration number exceeds the specified threshold K, then from the cleared signal
Figure 00000026
for each expected non-zero value of the Doppler frequency shift ω in each νth part of the expected delay region, an initial approximation signal is generated
Figure 00000027
and then iteratively receive and store the auxiliary matrix signal
Figure 00000028
and the signal of the next approach
Figure 00000029
element of the cleared complex time-frequency image until the current iteration number exceeds a predetermined threshold K, the generated signals of the elements of the cleared image are combined
Figure 00000030
into the matrix signal of the resulting complex time-frequency image
Figure 00000031
after which, according to the local maxima of the square of the module of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000032
Where
Figure 00000033
- ωq-th component of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000031
determine the number of scattered radio signals in the selected azimuthal elevation direction, the parameters of which are the values of the azimuthal elevation direction of reception
Figure 00000034
Doppler frequency shift ω and time delay q of each scattered radio signal - perform detection, spatial localization and tracking of objects.

Операции способа поясняются чертежом.The operation of the method is illustrated in the drawing.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные систему приема и предварительной обработки 1, систему моделирования и выбора радиопередатчиков (РПД) 2, вычислительную систему 3 и блок управления и индикации 4.A device in which the proposed method is implemented includes a series-connected reception and preprocessing system 1, a radio transmitter modeling and selection system (RPD) 2, a computer system 3, and a control and indication unit 4.

В свою очередь система приема и предварительной обработки 1 включает антенную решетку 1-1, тракт поиска источников подсвета, включающий преобразователь частоты 1-2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-3 и устройство обнаружения 1-4, а также тракт приема прямых и рассеянных сигналов, включающий преобразователь частоты 1-5, АЦП 1-6 и устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-7.In turn, the reception and pre-processing system 1 includes an antenna array 1-1, a path for searching for illumination sources, including a frequency converter 1-2, an analog-to-digital converter (ADC) 1-3 and a detection device 1-4, as well as a direct path and scattered signals, including a frequency converter 1-5, ADC 1-6 and adaptive spatial filtering 1-7.

Вычислительная система 3 включает блок синтеза частотно-временного изображения 3-1, блок сравнения 3-2, устройство формирования вспомогательного и взвешивающего сигнала 3-3 и блок формирования сигнала фазирующей функции 3-4. При этом система 2 соединена с входом блока 4, а также имеет интерфейс для соединения с внешней базой РПД. Кроме того, блок 4 имеет выход, предназначенный для подключения к внешним системам.Computing system 3 includes a time-frequency image synthesis unit 3-1, a comparison unit 3-2, a device for generating an auxiliary and weighting signal 3-3, and a signal generating unit for a phasing function 3-4. In this case, system 2 is connected to the input of block 4, and also has an interface for connecting to an external RPD base. In addition, block 4 has an output intended for connection to external systems.

Подсистема 1 является аналогово-цифровым устройством и предназначена для поиска передатчиков подсвета объектов, излучающих радиосигналы с расширенным спектром, а также для адаптивной пространственной фильтрации полезных прямых и рассеянных радиосигналов.Subsystem 1 is an analog-to-digital device and is designed to search for illumination transmitters of objects emitting spread-spectrum radio signals, as well as for adaptive spatial filtering of useful direct and scattered radio signals.

Антенная решетка 1-1 состоит из N антенн с номерами

Figure 00000035
Пространственная конфигурация антенной решетки должна обеспечивать прием с заданных азимутально-угломестных направлений прихода радиосигналов и может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности, конформной.Antenna array 1-1 consists of N antennas with numbers
Figure 00000035
The spatial configuration of the antenna array should provide reception from the given azimuthal elevation directions of the arrival of radio signals and may be of any spatial configuration: flat rectangular, flat circular or surround, in particular conformal.

Преобразователи частоты 1-2 и 1-5 являются N-канальными, выполнены с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, изменяемой в соответствии с шириной спектра принимаемого радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов.Frequency converters 1-2 and 1-5 are N-channels, made with a common local oscillator and with the bandwidth of each channel, which is changed in accordance with the width of the spectrum of the received radio signal. A common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception.

АЦП 1-3 и 1-6 также являются N-канальными и синхронизированы сигналом одного опорного генератора (для упрощения опорный генератор на схеме не показан). Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, то вместо преобразователей частоты 1-2 и 1-5 могут использоваться частотно избирательные полосовые фильтры и усилители. Кроме этого, преобразователи частоты 1-2 и 1-5 обеспечивают подключение одной из антенн вместо всех антенн решетки для периодической калибровки приемных каналов по внешнему источнику сигнала. Возможна калибровка с использованием внутреннего генератора, выход которого также подключается вместо всех антенн для периодической калибровки каналов. С целью упрощения внутренний генератор не показан.ADC 1-3 and 1-6 are also N-channel and are synchronized by the signal of one reference oscillator (for simplicity, the reference oscillator is not shown in the diagram). If the resolution and speed of the ADC are sufficient for direct analog-to-digital conversion of input signals, then frequency selective bandpass filters and amplifiers can be used instead of frequency converters 1-2 and 1-5. In addition, frequency converters 1-2 and 1-5 provide the connection of one of the antennas instead of all the antennas of the array for periodic calibration of the receiving channels using an external signal source. Calibration is possible using an internal generator, the output of which is also connected instead of all antennas for periodic channel calibration. For simplicity, the internal generator is not shown.

Устройство обнаружения 1-4 и устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-7 представляют собой вычислительные устройства.The detection device 1-4 and the adaptive spatial filtering device 1-7 are computing devices.

Подсистема 2 является вычислительным устройством и предназначена для идентификации, отбора и периодического обновления рабочего списка передатчиков радиосигналов с расширенным спектром, используемых для подсвета заданной области воздушного пространства.Subsystem 2 is a computing device and is designed to identify, select, and periodically update the work list of spread spectrum radio transmitters used to illuminate a given area of airspace.

Вычислительная система 3 предназначена для формирования сигнала фазирующей функции (блок 3-4), формирования вспомогательного и взвешивающего сигнала (устройство 3-3), сравнения числа итераций с заданным порогом (блок 3-2) и синтеза частотно-временного изображения рассеянных объектами радиосигналов (блок 3-1).Computing system 3 is designed to generate a phasing function signal (block 3-4), generate an auxiliary and weighting signal (device 3-3), compare the number of iterations with a given threshold (block 3-2), and synthesize a time-frequency image of radio signals scattered by objects ( block 3-1).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В системе 2 на основе данных внешней базы радиопередатчиков, а также данных об обнаруженных радиопередатчиках подсвета, поступающих от устройства 1-4, с использованием программных средств моделирования идентифицируется, выбирается и периодически обновляется рабочий список передатчиков, излучающих радиосигналы с расширенным спектром. При моделировании оцениваются возможные зоны покрытия, вероятности обнаружения и достижимые точности локализации и идентификации объектов различного класса, которые могут быть обеспечены при различных вариантах размещения передатчиков относительно станции обнаружения-пеленгования.In system 2, based on the data of the external base of the radio transmitters, as well as the data on the detected backlight transmitters from the device 1-4, using the modeling software, a working list of transmitters emitting spread-spectrum radio signals is identified, selected and periodically updated. During modeling, possible coverage zones, detection probabilities, and achievable localization and identification accuracy of objects of various classes, which can be provided with various options for the placement of transmitters relative to the detection-direction finding station, are estimated.

Параметры выбранного множества передатчиков (номер, несущая частота, ширина спектра, форма, мощность излучаемого сигнала, координаты или расстояние и угловое положение относительно точки приема) запоминаются в подсистеме 2, поступают в блок 4, а также используются для настройки преобразователей 1-2 и 1-5. С целью упрощения цепи управления преобразователем не показаны.The parameters of the selected set of transmitters (number, carrier frequency, spectrum width, shape, power of the emitted signal, coordinates or distance and angular position relative to the receiving point) are stored in subsystem 2, received in block 4, and also used to configure converters 1-2 and 1 -five. In order to simplify the control circuit of the converter are not shown.

По сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-2 начинает перестраиваться с заданным темпом в заданном диапазоне частот поиска радиосигналов, например. При этом тракт поиска осуществляет поиск передатчиков подсвета, излучающих радиосигналы с расширенным спектром, на частотах дискретной сетки частот поиска. При этом принятый каждой антенной с номером n антенной решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал sn(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-2. Сформированные в преобразователе 1-2 радиосигналы sn(t) преобразуются с помощью АЦП 1-3 в цифровые сигналы, которые поступают в устройство обнаружения 1-4, в котором на каждой частоте дискретной сетки частот поиска осуществляется обнаружение передатчиков подсвета. Функционирование устройства обнаружения 1-4 основано на широко известных способах радиоконтроля, например, [3].According to the signals of system 2, the frequency converter 1-2 begins to be tuned at a given rate in a given frequency range of the search for radio signals, for example. At the same time, the search path searches for backlight transmitters emitting spread-spectrum radio signals at frequencies of a discrete search frequency grid. At the same time, the time-dependent radio signal s n (t) received by each antenna with the number n of the antenna array 1-1 is filtered by frequency and transferred to a lower frequency in converter 1-2. The radio signals s n (t) formed in the converter 1-2 are converted using ADC 1-3 into digital signals, which enter the detection device 1-4, in which the backlight transmitters are detected at each frequency of the discrete search frequency grid. The operation of the detection device 1-4 is based on well-known methods of radio monitoring, for example, [3].

Одновременно по сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-5 перестраивается на заданную частоту приема. Тракт приема синхронно принимает на частоте приема многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал выбранного передатчика с расширенным спектром и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика.At the same time, according to the signals of system 2, the frequency converter 1-5 is tuned to a given reception frequency. The receiving path synchronously receives at the receiving frequency multipath radio signals including the direct radio signal of the selected spread spectrum transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by the objects.

Принятый каждой антенной с номером n решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал sn(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-5.The time-dependent radio signal s n (t) received by each antenna with array number n of the array 1-1 is filtered by frequency and transferred to a lower frequency in converter 1-5.

Сформированные в преобразователе 1-5 радиосигналы sn(t) синхронно преобразуются с помощью АЦП 1-6 в цифровые сигналы sn={sn(1),…,sn(i),…,sn(I)}T, где

Figure 00000036
- номер временного отсчета сигнала, {}T - означает транспонирование.The radio signals s n (t) generated in the converter 1-5 are synchronously converted by means of the ADC 1-6 into digital signals s n = {s n (1), ..., s n (i), ..., s n (I)} T where
Figure 00000036
- time reference number of the signal, {} T - means transpose.

Цифровые сигналы отдельных антенн sn поступают в устройство 1-7, где объединяются в матричный цифровой сигнал S={s1,…,sn,…,sN}T и запоминаются. Матричный сигнал S имеет размерность N×I.The digital signals of individual antennas s n enter the device 1-7, where they are combined into a matrix digital signal S = {s 1 , ..., s n , ..., s N } T and stored. The matrix signal S has the dimension N × I.

Кроме того, в устройстве 1-7 выполняются следующие действия:In addition, in the device 1-7, the following actions are performed:

- из матричного цифрового сигнала S формируется сигнал пространственной корреляционной матрицы R размером N×N;- a signal of a spatial correlation matrix R of size N × N is formed from a digital matrix signal S;

- сигнал корреляционной матрицы R преобразуется в N×1 векторные сигналы оптимальных весовых коэффициентов w=R-1v и

Figure 00000037
для формирования прямого и рассеянных радиосигналов, соответственно, где v - вектор наведения размером N×1, определяемый азимутально-угломестным направлением приема радиосигнала, длиной волны (частотой) и геометрией решетки,
Figure 00000038
- азимутально-угломестное направление приема рассеянного радиосигнала,- the signal of the correlation matrix R is converted into N × 1 vector signals of optimal weighting coefficients w = R -1 v and
Figure 00000037
for the formation of direct and scattered radio signals, respectively, where v is the guidance vector of size N × 1, determined by the azimuthal elevation direction of the radio signal reception, wavelength (frequency) and lattice geometry,
Figure 00000038
- azimuth-elevation direction of reception of the scattered radio signal,

- матричный цифровой сигнал S преобразуется в прямой sT=wHS и рассеянные

Figure 00000039
сигналы, где
Figure 00000040
- символ эрмитова сопряжения.- the matrix digital signal S is converted into a straight line s T = w H S and scattered
Figure 00000039
signals where
Figure 00000040
- a symbol of Hermitian conjugation.

Физически описанные операции адаптивной пространственной фильтрации обеспечивают одновременный направленный прием с заданных направлений полезного прямого сигнала выбранного передатчика подсвета и полезного рассеянного сигнала с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений. Отметим, что технически реализуемая глубина подавления помехи достигает величины 40 дБ [4]. Это обеспечивает выигрыш в чувствительности при формировании слабых рассеянных сигналов на последующих этапах обработки.The physically described adaptive spatial filtering operations provide simultaneous directional reception from a given direction of a useful direct signal of a selected backlight transmitter and a useful scattered signal while simultaneously suppressing a wide class of interference coming from other directions. Note that the technically feasible interference suppression depth reaches 40 dB [4]. This provides a gain in sensitivity in the formation of weak scattered signals in subsequent processing steps.

Сформированные в устройстве 1-7 рассеянные сигналы

Figure 00000017
совместно со значением выбранного азимутально-угломестного направления их приема поступают в блок 3-1, а прямой сигнал s поступает в блок 3-4, где запоминаются.Scattered signals generated in device 1-7
Figure 00000017
together with the value of the selected azimuthal elevation direction, their reception is sent to block 3-1, and the direct signal s is sent to block 3-4, where it is stored.

После этого, в блоке 3-4 прямой сигнал s преобразуется в одночастотные частичные матричные сигналы комплексной фазирующей функции Аων. Сигналы Аων поступают в устройство 3-3, где также запоминаются.After that, in block 3-4, the direct signal s is converted into single-frequency partial matrix signals of the complex phasing function A ων . Signals A ων enter the device 3-3, where they are also stored.

Преобразование прямого сигнала s в одночастотные частичные матричные сигналы Аων осуществляется по следующим формулам:The conversion of the direct signal s into single-frequency partial matrix signals A ων is carried out according to the following formulas:

Figure 00000041
Figure 00000041

где

Figure 00000042
sq=[s(1-q),…,s(I-q)]T - векторы размером I×1, являющиеся задержанными по времени на qTs версиями прямого сигнала s, q=0,…,Q-1, Q - полное число временных задержек, [{qν-1)-qν-1] - число временных задержек в ν-й части ожидаемой области задержек, Ts - период выборки сигнала;Where
Figure 00000042
s q = [s (1-q) , ..., s (Iq) ] T are I × 1 vectors that are time delayed qT s versions of the direct signal s, q = 0, ..., Q-1, Q - the total number of time delays, [{q ν -1) -q ν-1 ] is the number of time delays in the νth part of the expected delay region, T s is the signal sampling period;

Figure 00000043
Figure 00000043

- матрицы доплеровских сдвигов, ω=0,±1,…,±Ω, (2Ω+1) - размер координатной сетки по доплеровскому сдвигу.are the Doppler shift matrices, ω = 0, ± 1, ..., ± Ω, (2Ω + 1) is the size of the grid along the Doppler shift.

Значения доплеровского сдвига частоты пробегают дискретный ряд значений ω/(ITs).The values of the Doppler frequency shift run through a discrete series of values of ω / (IT s ).

Разбиение ожидаемой области задержек может быть равномерным или неравномерным. В простейшем случае равномерного разбиения число временных задержек в каждой ν-й части ожидаемой области задержек одинаково и равно

Figure 00000044
где Q - общее ожидаемое число задержек, а
Figure 00000045
- число частей, на которые разбивается ожидаемая область задержек.The partitioning of the expected delay region may be uniform or uneven. In the simplest case of uniform partitioning, the number of time delays in each νth part of the expected delay region is the same and equal
Figure 00000044
where Q is the total expected number of delays, and
Figure 00000045
- the number of parts into which the expected delay area is divided.

Экспериментально установлено, что число задержек в каждой

Figure 00000046
части ожидаемой области задержек должно быть не менее 10.It was experimentally established that the number of delays in each
Figure 00000046
part of the expected area of delays should be at least 10.

При равномерном разбиении ожидаемой области задержек одночастотные частичные матричные сигналы Аων будут иметь одинаковый размер. При неравномерном разбиении сигналы Аων будут отличаться размером.With a uniform partition of the expected delay region, the single-frequency partial matrix signals A ων will have the same size. With an uneven partition, the signals A ων will differ in size.

Таким образом, столбцы матрицы Аων представляют собой задержанные по времени и сдвинутые по частоте доплеровского сдвига версии прямого сигнала s, а размер этой матрицы

Figure 00000047
определяется числом отсчетов в разведываемом сигнале (длительностью интервала наблюдения) и размерами частей, на которые разбита координатная сетка по временному запаздыванию.Thus, the columns of matrix A ων are time-delayed and frequency-shifted Doppler shift versions of the direct signal s, and the size of this matrix
Figure 00000047
is determined by the number of samples in the reconnaissance signal (the duration of the observation interval) and the size of the parts into which the grid is divided by time delay.

Также в устройстве 3-3 из сигнала Аων последовательно вычисляются сигналы

Figure 00000048
и
Figure 00000049
которые запоминаются. Кроме того сигналы Аων объединяются в полный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А0 для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты. Объединение сигналов Аων осуществляется в порядке возрастания задержек. Из полного матричного сигнала А0 формируются вспомогательные сигналы
Figure 00000050
и
Figure 00000051
которые также запоминаются и поступают в блок 3-1.Also in the device 3-3 from the signal And ων sequentially calculated signals
Figure 00000048
and
Figure 00000049
which are remembered. In addition, the signals A ων are combined into a full matrix signal of the complex phasing function A 0 for the zero value ω = 0 of the Doppler frequency shift. The combination of signals And ων is carried out in increasing order of delays. From the full matrix signal A 0 auxiliary signals are formed
Figure 00000050
and
Figure 00000051
which are also remembered and enter block 3-1.

В блоке 3-1 для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема

Figure 00000052
рассеянный сигнал
Figure 00000053
с использованием сигналов
Figure 00000054
и
Figure 00000055
поступивших от блока 3-3, преобразуется в сигнал элемента комплексного частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты
Figure 00000056
(вектор с размером Q×1).In block 3-1, for each selected azimuthal elevation direction of reception
Figure 00000052
scattered signal
Figure 00000053
using signals
Figure 00000054
and
Figure 00000055
received from block 3-3, is converted into a signal element of a complex time-frequency image for a zero value of ω = 0 Doppler frequency shift
Figure 00000056
(vector with size Q × 1).

Полученный в блоке 3-1 сигнал элемента изображения

Figure 00000057
запоминается в блоке 3-2 в качестве начального приближения и транслируется в устройство 3-3 для запоминания и инициализации очередной итерации с номером k=1.The image element signal received in block 3-1
Figure 00000057
stored in block 3-2 as an initial approximation and transmitted to the device 3-3 for storing and initializing the next iteration with the number k = 1.

В устройстве 3-3 с использованием сигнала элемента изображения, полученного на предыдущей итерации, то есть

Figure 00000058
при k=1, формируется зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000059
где
Figure 00000060
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000061
и взвешивающий сигнал
Figure 00000062
Значение множителя Лагранжа λ выбирают исходя из уровня шумов в каналах приема. Взвешивающий сигнал
Figure 00000063
поступает в блок 3-1.In the device 3-3 using the signal of the image element obtained in the previous iteration, that is
Figure 00000058
at k = 1, an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is formed
Figure 00000059
Where
Figure 00000060
- z-th component of the image element vector
Figure 00000061
and weighting signal
Figure 00000062
The value of the Lagrange multiplier λ is selected based on the noise level in the reception channels. Weighting signal
Figure 00000063
enters block 3-1.

В блоке 3-1 с использованием сигнала

Figure 00000064
и запомненного рассеянного сигнала
Figure 00000065
синтезируется сигнал очередного приближения элемента комплексного частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты
Figure 00000066
и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов рассеянный сигнал
Figure 00000067
In block 3-1 using the signal
Figure 00000064
and stored scattered signal
Figure 00000065
a signal of the next approximation of an element of a complex time-frequency image is synthesized for a zero value of ω = 0 Doppler frequency shift
Figure 00000066
and the scattered signal purified from direct and scattered by stationary objects signals
Figure 00000067

Сигнал

Figure 00000068
запоминается в блоке 3-1. Сигнал
Figure 00000069
поступает в блок 3-2, где также запоминается для использования на следующей итерации. Кроме того сигнал
Figure 00000070
поступает в устройство 3-3 для запоминания и инициализации очередной итерации синтеза элемента частотно-временного изображения и очищенного сигнала.Signal
Figure 00000068
memorized in block 3-1. Signal
Figure 00000069
enters block 3-2, where it is also remembered for use in the next iteration. In addition, the signal
Figure 00000070
enters the device 3-3 for storing and initializing the next iteration of the synthesis of the element of the time-frequency image and the cleared signal.

После чего, в устройстве 3-3, блоках 3-1 и 3-2 выполняется описанная ранее последовательность операций по формированию сигналов

Figure 00000071
Figure 00000072
Figure 00000073
Figure 00000074
запоминанию сигналов
Figure 00000075
и
Figure 00000076
а также сравнению номера текущей итерации с заданным порогом K.Then, in the device 3-3, blocks 3-1 and 3-2, the previously described sequence of operations for generating signals is performed
Figure 00000071
Figure 00000072
Figure 00000073
Figure 00000074
signal storage
Figure 00000075
and
Figure 00000076
as well as comparing the current iteration number with a given threshold K.

При превышении номером текущей итерации порога K в устройстве 3-3, блоках 3-1 и 3-2 из запомненных сигналов Аων,

Figure 00000077
Figure 00000078
и
Figure 00000079
для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω в каждой ν-й части ожидаемой области задержек формируется сигнал начального приближения
Figure 00000080
а затем итерационно получается и запоминается вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000081
где
Figure 00000082
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000083
и сигнал очередного приближения
Figure 00000084
элемента очищенного комплексного частотно-временного изображения, до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K.If the number of the current iteration exceeds the threshold K in the device 3-3, blocks 3-1 and 3-2 of the stored signals A ων ,
Figure 00000077
Figure 00000078
and
Figure 00000079
for each expected nonzero value of the Doppler frequency shift ω in each νth part of the expected delay region, an initial approximation signal is generated
Figure 00000080
and then the auxiliary matrix signal is iteratively obtained and stored
Figure 00000081
Where
Figure 00000082
- z-th component of the image element vector
Figure 00000083
and the signal of the next approach
Figure 00000084
element of the cleared complex time-frequency image until the current iteration number exceeds a predetermined threshold K.

При превышении номером текущей итерации заданного порога K в блоке 3-1 сформированные сигналы элементов очищенного изображения

Figure 00000085
объединяются в матричный сигнал результирующего комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000086
Объединение элементов очищенного изображения
Figure 00000087
в матричный сигнал
Figure 00000088
осуществляется путем присоединения элементов очищенного изображения
Figure 00000089
друг к другу в порядке возрастания задержек сверху вниз и в порядке убывания доплеровского сдвига частоты ω слева направо в соответствии со следующей формулой:If the current iteration number exceeds the specified threshold K in block 3-1, the generated signals of the elements of the cleared image
Figure 00000085
combined into a matrix signal of the resulting complex time-frequency image
Figure 00000086
Combining elements of the cleared image
Figure 00000087
into a matrix signal
Figure 00000088
carried out by attaching the elements of the cleared image
Figure 00000089
to each other in increasing order of delays from top to bottom and in decreasing order of Doppler frequency shift ω from left to right in accordance with the following formula:

Figure 00000090
Figure 00000090

Матричный сигнал результирующего комплексного частотно-временного изображения

Figure 00000091
поступает в блок 4.The matrix signal of the resulting complex time-frequency image
Figure 00000091
enters block 4.

В блоке 4 вычисляются квадраты модулей

Figure 00000092
матричного сигнала результирующего комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000093
По локальным максимумам квадратов модулей
Figure 00000094
определяется число рассеянных радиосигналов в выбранном азимутально-угломестном направлении, по параметрам которых - значениям азимутально-угломестного направления приема
Figure 00000095
доплеровского сдвига частоты ω и временной задержки q каждого рассеянного радиосигнала - выполняется обнаружение, пространственная локализация и сопровождение объектов.In block 4, the squares of the modules are calculated
Figure 00000092
matrix signal of the resulting complex time-frequency image
Figure 00000093
By the local maximums of the squared modules
Figure 00000094
determines the number of scattered radio signals in the selected azimuthal elevation direction, the parameters of which are the values of the azimuthal elevation direction
Figure 00000095
Doppler frequency shift ω and time delay q of each scattered radio signal - the detection, spatial localization and tracking of objects is performed.

Обнаружение, определение пространственных координат и сопровождение объектов осуществляется известными способами, например, [3].Detection, determination of spatial coordinates and tracking of objects is carried out by known methods, for example, [3].

Кроме того, для повышения информативности в блоке 4 отображаются результаты обнаружения и сопровождения объектов.In addition, to increase the information content in block 4, the results of the detection and tracking of objects are displayed.

Из приведенного описания следует, что устройство, реализующее предложенный способ, обеспечивает повышение эффективности (чувствительности и быстродействия) скрытного сопровождения радиомолчащих объектов.From the above description it follows that a device that implements the proposed method provides an increase in the efficiency (sensitivity and speed) of covert tracking of radio-silent objects.

Повышение чувствительности сопровождения достигается за счет применения новых операций, обеспечивающих формирование очищенного комплексного частотно-временного изображения эхо-сигналов объектов путем компенсации маскирующих помех в виде прямого сигнала подсвета и рассеянных стационарными объектами сигналов.Increasing the sensitivity of tracking is achieved through the use of new operations that ensure the formation of a cleared complex time-frequency image of the echo signals of objects by compensating for masking interference in the form of a direct backlight signal and signals scattered by stationary objects.

Повышение быстродействия сопровождения достигается за счет новых операций, осуществляющих формирование совокупности одночастотных малоразмерных матричных сигналов комплексной фазирующей функции для

Figure 00000096
различных частей ожидаемой области задержек размером
Figure 00000097
вместо совокупности имеющих более высокую размерность I×2Q двухчастотных матричных сигналов комплексной фазирующей функции для полной области ожидаемых задержек. Оценочно это приводит к замене матриц AHA размером 2Q×2Q на матрицы
Figure 00000098
размером
Figure 00000099
с увеличением их числа в
Figure 00000100
раз, что сокращает в
Figure 00000101
раз объем вычислительных операций на этапах синтеза комплексных частотно-временных изображений эхо-сигналов объектов.Improving the performance of tracking is achieved through new operations, forming a set of single-frequency low-dimensional matrix signals of a complex phasing function for
Figure 00000096
different parts of the expected delay area in size
Figure 00000097
instead of a combination of higher frequency I × 2Q two-frequency matrix signals of a complex phasing function for the full range of expected delays. Estimatedly this leads to the replacement of 2 H × 2Q matrices A H A by matrices
Figure 00000098
the size
Figure 00000099
with an increase in their number in
Figure 00000100
times that cuts in
Figure 00000101
times the volume of computational operations at the stages of the synthesis of complex time-frequency images of echo signals of objects.

Так, даже при небольшом значении параметра

Figure 00000102
получаем выигрыш в быстродействии, равный
Figure 00000103
Учитывая, что с увеличением диапазона контролируемых дальностей (задержек) значение параметра
Figure 00000104
может пропорционально возрастать, выигрыш в быстродействии может достигать гораздо больших значений. Например, при
Figure 00000105
получаем
Figure 00000106
So, even with a small parameter value
Figure 00000102
we get a gain in speed equal to
Figure 00000103
Given that with an increase in the range of controlled ranges (delays), the value of the parameter
Figure 00000104
can proportionally increase, the gain in speed can reach much larger values. For example, when
Figure 00000105
we get
Figure 00000106

Таким образом, за счет применения новых операций, обеспечивающих формирование с меньшими вычислительными затратами очищенного от маскирующих помех комплексного частотно-временного изображения эхо-сигналов радиомолчащих объектов, удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.Thus, through the use of new operations that ensure the formation of a complex time-frequency image of the echo signals of radio-silent objects, cleared of masking interference, with less computational costs, it is possible to solve the problem with the achievement of the specified technical result.

Источники информацииSources of information

1. RU, патент, 2529483 С1, кл. G01S 13/02, 2013 г.1. RU, patent, 2529483 C1, cl. G01S 13/02, 2013

2. RU, патент, 2557250 С1, кл. G01S 13/02, 2015 г.2. RU, patent, 2557250 C1, cl. G01S 13/02, 2015

3. RU, патент, 2190236, кл. G01S 5/04, 2002 г.3. RU, patent, 2190236, cl. G01S 5/04, 2002

4. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003 г.4. Ratynsky M.V. Adaptation and superresolution in antenna arrays. M .: Radio and communication. 2003 year

Claims (1)

Способ скрытного мониторинга радиомолчащих объектов, заключающийся в том, что принимают решеткой из N антенн прямые и рассеянные объектами радиосигналы широкополосных передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, цифровые сигналы преобразуют в прямой s и рассеянные
Figure 00000107
сигналы для выбранных азимутально-угломестных направлений приема
Figure 00000108
которые совместно со значением азимутально-угломестного направления приема запоминают, отличающийся тем, что преобразуют прямой сигнал s в одночастотные частичные матричные сигналы комплексной фазирующей функции Aων, каждый из которых включает гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными стационарными и подвижными объектами на одной из ожидаемых частот доплеровского сдвига ω в ν-й части ожидаемой области задержек, частичные матричные сигналы Aων запоминают и объединяют в полный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А0 для нулевого значения доплеровского сдвига частоты, для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема преобразуют рассеянный сигнал
Figure 00000107
в сигнал элемента комплексного частотно-временного изображения для нулевого значения доплеровского сдвига частоты
Figure 00000109
где
Figure 00000110
- матрица, эрмитово сопряженная с А0, с использованием сигнала
Figure 00000111
, в качестве начального приближения итерационно формируют и запоминают зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000112
где
Figure 00000113
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000114
k=1, 2, … - номер итерации, а также сигнал очередного приближения элемента комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000115
где λ - множитель Лагранжа, и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов рассеянный сигнал
Figure 00000116
до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, после этого из очищенного сигнала
Figure 00000117
для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω в каждой ν-й части ожидаемой области задержек формируют сигнал начального приближения
Figure 00000118
а затем итерационно получают и запоминают вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000119
и сигнал очередного приближения
Figure 00000120
элемента очищенного комплексного частотно-временного изображения до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, объединяют сформированные сигналы элементов очищенного изображения
Figure 00000121
в матричный сигнал результирующего комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000122
после чего по локальным максимумам квадрата модуля матричного сигнала результирующего изображения
Figure 00000123
где
Figure 00000124
- ωq-я компонента матричного сигнала результирующего изображения
Figure 00000125
определяют число рассеянных радиосигналов в выбранном азимутально-угломестном направлении, по параметрам которых - значениям азимутально-угломестного направления приема
Figure 00000126
доплеровского сдвига частоты ω и временной задержки q каждого рассеянного радиосигнала - выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов.The method of covert monitoring of radio-silent objects, which consists in receiving direct and diffused radio signals of broadband transmitters of various electronic systems from objects by an array of N antennas, synchronously converts an ensemble of radio signals received by antennas into digital signals, digital signals are converted into direct s and scattered
Figure 00000107
signals for selected azimuth-elevation directions of reception
Figure 00000108
which together with the value of the azimuthal elevation direction of reception are remembered, characterized in that they convert the direct signal s into single-frequency partial matrix signals of the complex phasing function A ων , each of which includes hypothetical signals scattered by potential stationary and moving objects at one of the expected Doppler shift frequencies ω in the νth part of the expected delay region, the partial matrix signals A ων are stored and combined into a full matrix signal of the complex phasing function A 0 for the zero value of the Doppler frequency shift, for each selected azimuth-elevation direction, the scattered signal is converted
Figure 00000107
into the signal element of a complex time-frequency image for a zero value of the Doppler frequency shift
Figure 00000109
Where
Figure 00000110
- a Hermitian conjugate matrix with A 0 using a signal
Figure 00000111
, as an initial approximation, an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is iteratively generated and stored
Figure 00000112
Where
Figure 00000113
- z-th component of the image element vector
Figure 00000114
k = 1, 2, ... is the iteration number, as well as the signal of the next approximation of the element of the complex time-frequency image
Figure 00000115
where λ is the Lagrange multiplier, and the scattered signal purified from direct and scattered by stationary objects signals
Figure 00000116
until the current iteration number exceeds the specified threshold K, then from the cleared signal
Figure 00000117
for each expected non-zero value of the Doppler frequency shift ω in each νth part of the expected delay region, an initial approximation signal is generated
Figure 00000118
and then iteratively receive and store the auxiliary matrix signal
Figure 00000119
and the signal of the next approach
Figure 00000120
element of the cleared complex time-frequency image until the current iteration number exceeds a predetermined threshold K, the generated signals of the elements of the cleared image are combined
Figure 00000121
into the matrix signal of the resulting complex time-frequency image
Figure 00000122
after which, according to the local maxima of the square of the module of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000123
Where
Figure 00000124
- ωq-th component of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000125
determine the number of scattered radio signals in the selected azimuthal elevation direction, the parameters of which are the values of the azimuthal elevation direction of reception
Figure 00000126
Doppler frequency shift ω and time delay q of each scattered radio signal - perform detection, spatial localization and tracking of objects.
RU2018129356A 2018-08-10 2018-08-10 Method for secretive monitoring of radio silent objects RU2724923C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129356A RU2724923C2 (en) 2018-08-10 2018-08-10 Method for secretive monitoring of radio silent objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129356A RU2724923C2 (en) 2018-08-10 2018-08-10 Method for secretive monitoring of radio silent objects

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018129356A RU2018129356A (en) 2020-02-10
RU2018129356A3 RU2018129356A3 (en) 2020-04-27
RU2724923C2 true RU2724923C2 (en) 2020-06-26

Family

ID=69415762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018129356A RU2724923C2 (en) 2018-08-10 2018-08-10 Method for secretive monitoring of radio silent objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724923C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758585C1 (en) * 2020-09-09 2021-11-01 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Method for spatial localisation of radio-silent objects
RU2820521C1 (en) * 2023-10-23 2024-06-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Вектор" (АО "НИИ "Вектор") Method for spatial localization of radio-silent objects in semi-active radar system

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7277052B2 (en) * 2003-07-25 2007-10-02 Thales Method for the multistatic detection and locating of a mobile craft through the use of digital broadcasting transmitters
RU2497285C1 (en) * 2012-05-25 2013-10-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of detecting radio-electronic equipment
RU2510708C1 (en) * 2012-10-11 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Radio-frequency radiation source direction-finding method
CN104122549A (en) * 2014-07-21 2014-10-29 电子科技大学 Deconvolution based radar angle super-resolution imaging method
CN104158777A (en) * 2014-08-28 2014-11-19 中国民航大学 Range finder pulse interference suppression method combining orthogonal projection and circular beam forming
RU2546329C1 (en) * 2014-02-14 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects
RU2546330C1 (en) * 2014-02-14 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
RU2557251C1 (en) * 2014-02-14 2015-07-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральна служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for polarisation-sensitive search for small-size mobile objects
WO2016030656A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Aveillant Limited Radar system and associated apparatus and methods
RU2018109034A (en) * 2018-03-13 2019-09-13 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент") METHOD OF REMOTE MONITORING OF RADIO-SILENT OBJECTS

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7277052B2 (en) * 2003-07-25 2007-10-02 Thales Method for the multistatic detection and locating of a mobile craft through the use of digital broadcasting transmitters
RU2497285C1 (en) * 2012-05-25 2013-10-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of detecting radio-electronic equipment
RU2510708C1 (en) * 2012-10-11 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Radio-frequency radiation source direction-finding method
RU2546329C1 (en) * 2014-02-14 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects
RU2546330C1 (en) * 2014-02-14 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
RU2557251C1 (en) * 2014-02-14 2015-07-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральна служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for polarisation-sensitive search for small-size mobile objects
CN104122549A (en) * 2014-07-21 2014-10-29 电子科技大学 Deconvolution based radar angle super-resolution imaging method
CN104158777A (en) * 2014-08-28 2014-11-19 中国民航大学 Range finder pulse interference suppression method combining orthogonal projection and circular beam forming
WO2016030656A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Aveillant Limited Radar system and associated apparatus and methods
RU2018109034A (en) * 2018-03-13 2019-09-13 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент") METHOD OF REMOTE MONITORING OF RADIO-SILENT OBJECTS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758585C1 (en) * 2020-09-09 2021-11-01 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Method for spatial localisation of radio-silent objects
RU2820521C1 (en) * 2023-10-23 2024-06-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Вектор" (АО "НИИ "Вектор") Method for spatial localization of radio-silent objects in semi-active radar system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018129356A3 (en) 2020-04-27
RU2018129356A (en) 2020-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10955542B2 (en) Radar apparatus and direction-of-arrival estimation device
EP3254133B1 (en) Direction finding using signal power
RU2440588C1 (en) Passive radio monitoring method of air objects
RU2444755C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2444754C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
AU2003220063A1 (en) System and method for spectral generation in radar
GB2512739A (en) Using frequency diversity to detect objects
RU2546330C1 (en) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
CN109471064A (en) Time-modulation array df system based on pulse compression technique
WO2018194477A1 (en) Method and device for radar determination of the coordinates and speed of objects
Pirkani et al. Implementation of mimo beamforming on an ots fmcw automotive radar
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2529483C1 (en) Method for stealth radar location of mobile objects
RU2410712C1 (en) Method of detecting aerial objects
RU2723432C2 (en) Method of remote monitoring of radio silent objects
RU2546329C1 (en) Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects
RU2524399C1 (en) Method of detecting small-size mobile objects
RU2724923C2 (en) Method for secretive monitoring of radio silent objects
Lesturgie Some relevant applications of MIMO to radar
RU2444753C1 (en) Radio monitoring method of air objects
RU2557250C1 (en) Method for stealth radar detection of mobile objects
RU2444756C1 (en) Detection and localisation method of air objects
RU2716006C2 (en) Method for remote detection and tracking of radio silent objects
RU2528391C1 (en) Method of searching for low-signature mobile objects
Dubrovinskaya et al. Underwater direction of arrival estimation using wideband arrays of opportunity

Legal Events

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

Effective date: 20200811