RU2736414C1 - Method of spatial filtering of signals - Google Patents
Method of spatial filtering of signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2736414C1 RU2736414C1 RU2019116468A RU2019116468A RU2736414C1 RU 2736414 C1 RU2736414 C1 RU 2736414C1 RU 2019116468 A RU2019116468 A RU 2019116468A RU 2019116468 A RU2019116468 A RU 2019116468A RU 2736414 C1 RU2736414 C1 RU 2736414C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio
- signals
- frequency
- received
- finding
- Prior art date
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
- G01S13/46—Indirect determination of position data
- G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано в средствах обнаружения и определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) и их носителей. Достигаемым техническим результатом является осуществление возможности беспоискового мониторинга пространства по направлению в секторе 0-360° с увеличением точности пеленгования ИРИ и обеспечение отдельного анализа сигналов с каждого направления.The invention relates to radio engineering, in particular to radio direction-finding, and can be used in means of detecting and determining the location of radio emission sources (RRI) and their carriers. The achieved technical result is the implementation of the possibility of non-search monitoring of the space in the direction in the 0-360 ° sector with an increase in the accuracy of direction finding for the IRI and the provision of a separate analysis of signals from each direction.
Указанный результат достигается приемом сигналов от различных ИРИ рядом антенных элементов (АЭ) в сумме перекрывающих сектор 360° (Фигура 1), причем угол между осевыми линиями соседних АЭ не больше ширины диаграммы направленности главного лепестка. Совокупность АЭ представляет собой кольцевую эквидистантную антенную решетку (КЭАР). Принцип точного определения направления на ИРИ методом анализа области пересечения диаграмм направленности двух соседних АЭ КЭАР представлен на фигуре 2, суть которого состоит в пространственной фильтрации сигналов, выполняемой в соответствии с алгоритмом, приведенным на Фигуре 3.The specified result is achieved by receiving signals from various SIRs by a number of antenna elements (AEs) in the sum overlapping the 360 ° sector (Figure 1), and the angle between the axial lines of adjacent AEs is not greater than the width of the directional pattern of the main lobe. The set of AEs is a ring equidistant antenna array (KEAA). The principle of accurate determination of the direction to the IRR by analyzing the area of intersection of the radiation patterns of two neighboring AEs of the CEAR is presented in figure 2, the essence of which is the spatial filtering of signals performed in accordance with the algorithm shown in figure 3.
В области пересечения диаграмм направленности АЭ КЭАР, развернутых между собой на угол не более ширины диаграммы направленности (Фигура 2) частотные составляющие принимаемых сигналов модулируются по амплитуде структурой диаграмм направленности каждого из двух АЭ. Далее сигналы принятые АЭ преобразуются из аналогово в цифровой вид для дальнейшей обработки (1).In the area of intersection of the radiation patterns of the AE KEAR, deployed to each other at an angle not exceeding the width of the radiation pattern (Figure 2), the frequency components of the received signals are modulated in amplitude by the structure of the radiation patterns of each of the two AEs. Further, the signals received by the AE are converted from analog to digital for further processing (1).
Осуществляется расчет амплитудно-фазовых спектров сигналов (2), принятых каждым из двух АЭ, который позволяет произвести распределение спектральных составляющих сигналов по направлениям, используя информацию о частоте (3, 10), фазе (4) и отношении амплитуд каждой из спектральных составляющих (5, 6, 7) сигналов, принятых на АЭ. При совпадении частоты (3, 10) и фазы (4) спектральной составляющей сигнала осуществляется сравнение рассчитанного отношения амплитуд (5, 6, 7) с ране измеренными и рассчитанными по эквиваленту ИРИ и записанными в память устройства, реализующего способ (8). Отношение амплитуд в памяти устройства, реализующего способ, соответствуют каждому из направлений в области пересечения диаграмм направленности АЭ для каждой из частот сканируемого диапазона (Фигура 4). После определения направления прихода спектральной составляющей сигнала (8) осуществляется ее перенос в соответствующую позицию по направлению и частоте выходного массива (11) (Фигура 5).The calculation of the amplitude-phase spectra of the signals (2) received by each of the two AEs is carried out, which makes it possible to distribute the spectral components of the signals in directions using information about the frequency (3, 10), phase (4) and the ratio of the amplitudes of each of the spectral components (5 , 6, 7) signals received at the AE. When the frequency (3, 10) and phase (4) of the spectral component of the signal coincide, the calculated ratio of the amplitudes (5, 6, 7) is compared with the wound measured and calculated by the equivalent of IRI and recorded in the memory of the device that implements the method (8). The ratio of the amplitudes in the memory of the device implementing the method corresponds to each of the directions in the area of intersection of the AE radiation patterns for each of the frequencies of the scanned range (Figure 4). After determining the direction of arrival of the spectral component of the signal (8), it is transferred to the corresponding position in the direction and frequency of the output array (11) (Figure 5).
Известно множество способов пеленгования сигналов, ближайшими по технической сущности к предлагаемому являются следующие способы.There are many methods of direction finding signals, the closest in technical nature to the proposed are the following methods.
Амплитудный способ радиопеленгования, заключающийся в приеме радиосигнала с помощью М идентичных направленных антенн, образующих в плоскости пеленгования КЭАР. Осевые линии (фокальные оси) антенн, совпадают с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности и сдвинуты в плоскости пеленгования одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности смежных антенн пересекаются на уровне не более трех децибел, а всех М антенн в сумме перекрывают сектор пеленгования 360° (2π радиан). По измеряемым амплитудам сигналов, принятых элементами антенной решетки, выбирается порядковый номер антенны с максимальной амплитудой принятого сигнала и определяется в пределах от 0 до 2π радиан азимут источника радиосигнала путем сравнения максимальной амплитуды сигнала и амплитуд сигналов, принятых двумя соседними антеннами относительно антенны с выбранным порядковым номером. Вычисление азимута осуществляется с учетом угловой ориентации в плоскости пеленгования осевой линии антенны с максимальной амплитудой принятого сигнала и априорной информации о форме главного лепестка диаграмм направленности антенн [Патент Российской Федерации RU №2319975, G01S 5/04, опубл. 2008 г.]. Ограничением этого способа радиопеленгования являются низкая точность пеленгования, обусловленная погрешностями аппроксимации в широком диапазоне частот формы главного лепестка диаграмм направленности элементов антенной решетки и искажениями формы главного лепестка диаграммы направленности элементов антенной решетки из-за их взаимного влияния.Amplitude method of radio direction finding, which consists in receiving a radio signal with the help of M identical directional antennas, forming a KEAR in the direction finding plane. The center lines (focal axes) of the antennas coincide with the directions of their main lobes of the radiation patterns and are shifted in the direction finding plane relative to each other in such a way that the radiation patterns of adjacent antennas intersect at a level of no more than three decibels, and all M antennas in total cover the direction finding sector 360 ° (2π radians). Based on the measured signal amplitudes received by the elements of the antenna array, the ordinal number of the antenna with the maximum amplitude of the received signal is selected and is determined in the range from 0 to 2π radians the azimuth of the radio signal source by comparing the maximum signal amplitude and signal amplitudes received by two adjacent antennas relative to the antenna with the selected ordinal number ... The azimuth is calculated taking into account the angular orientation in the direction finding plane of the center line of the antenna with the maximum amplitude of the received signal and a priori information about the shape of the main lobe of the antenna patterns [Patent of the Russian Federation RU No. 2319975, G01S 5/04, publ. 2008]. The limitation of this method of radio direction finding is the low accuracy of direction finding, due to approximation errors in a wide frequency range of the shape of the main lobe of the antenna array elements' radiation patterns and distortions of the shape of the main lobe of the antenna array elements radiation pattern due to their mutual influence.
Известен также радиопеленгатор, выполненный из идентичных направленных антенных элементов с кардиоидными диаграммами направленности, образующих в плоскости пеленгования КЭАР. Осевые линии элементов антенны, совпадающие с направлениями максимумов их диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки и проходят через ее центр. Радиоприемный блок состоит из М каналов равного количеству элементов антенной решетки. Он измеряет амплитуды сигналов Um в каждом канале. По измеренным значениям амплитуд сигналов в каждом канале вычислитель азимута определяет значение направления на источник радиосигнала в пределах от 0 до 2π радиан. Синхронизацию работы радиоприемного блока и вычислителя азимута синхронизирует генератор синхроимпульсов. [Патент Австралии №409960, G01S 51 57, опубл. 1971 г.]. Ограничением этого радиопеленгатора являются невысокая точность, низкая чувствительность пеленгования и ограниченный рабочий диапазон, обусловленные, во-первых, наличием методических ошибок пеленгования из-за искажений формы кардиодных диаграмм направленности антенн, связанных с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, во-вторых, небольшим коэффициентом направленного действия антенн с кардиодной диаграммой направленности.Also known radio direction finder made of identical directional antenna elements with cardioid radiation patterns, forming in the plane of direction finding KEAR. The axial lines of the antenna elements, coinciding with the directions of the maxima of their radiation patterns, are located in the plane of the antenna array and pass through its center. The radio receiving unit consists of M channels equal to the number of antenna array elements. It measures the amplitudes of the signals U m in each channel. Based on the measured values of the signal amplitudes in each channel, the azimuth calculator determines the value of the direction to the radio signal source in the range from 0 to 2π radians. The synchronization of the operation of the radio receiving unit and the azimuth calculator is synchronized by the sync pulse generator. [Australian Patent No. 409960, G01S 51 57, publ. 1971]. The limitation of this radio direction finder is its low accuracy, low sensitivity of direction finding and a limited operating range, caused, firstly, by the presence of methodical direction finding errors due to distortions in the shape of cardioid antenna patterns associated with the frequency dependence of the radiation patterns and the mutual influence of antennas in the antenna array, secondly, the low directional action of antennas with a cardioid radiation pattern.
Амплитудный способ радиопеленгования, заключающийся в том, что принимают радиосигнал с помощью М антенн, выполненных идентичными и направленными, образующих КЭАР, причем используют количество М антенн, выбираемое по формуле M=4i+2, где i=1, 2, 3, … - целые положительные числа, не равные нулю. Кроме того, антенны выполняют с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки. Производят измерение амплитуд Um сигналов, оценивают азимут источника радиосигнала. Радиопеленгатор содержит М антенн, радиоприемный блок, вычислитель азимута , выполненный с возможностью вычислений функций вида:Amplitude method of radio direction finding, which consists in the fact that a radio signal is received using M antennas made identical and directional, forming a KEAR, and using the number of M antennas selected by the formula M = 4i + 2, where i = 1, 2, 3, ... - non-zero positive integers. In addition, the antennas are made with the width of the main lobe of the radiation pattern at a level of minus three decibels, not less than the angle between the center lines of adjacent antennas of the antenna array. Measurement of the amplitudes U m of the signals, estimate the azimuth source of radio signal. The radio direction finder contains M antennas, a radio receiving unit, an azimuth calculator , made with the possibility of calculating functions of the form:
где Um - амплитуда сигнала, принятого m-й антенной; αm - угол между осевой линией m-й антенны и осевой линией антенной решетки; m=1, 2, …, М; М - количество антенн в антенной решетке [Патент Российской Федерации RU №2521959, G01S 3/28, опубл. 2014 г.]. Ограничениями этого способа радиопеленгования являются низкая точность пеленгования, обусловленная наличием методических ошибок пеленгования из-за искажений формы диаграмм направленности антенн, связанных с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки.where U m is the amplitude of the signal received by the m-th antenna; α m is the angle between the center line of the m-th antenna and the center line of the antenna array; m = 1, 2, ..., M; M - the number of antennas in the antenna array [Patent of the Russian Federation RU No. 2521959,
Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ определения направления на источник радиоизлучения методом анализа области относительно оси симметрии двух рупорных антенн [Патент Российской Федерации RU №2593835, G01S 5/00, опубл. 2016 г.], сущность которого заключается в определении направления на источник радиоизлучения в анализируемой области рупорных антенн за счет использования ранее измеренных и вычисленных амплитудных коэффициентов, соответствующих каждому из возможных направлений прихода радиосигнала. Ограничением наиболее близкого способа радиопеленгования является низкая точность пеленгования в широком диапазоне частот (длин волн) из-за изменения формы диаграммы направленности при изменении частоты принимаемого сигнала.The closest in technical essence to the proposed method is a method for determining the direction to the source of radio emission by analyzing the area relative to the axis of symmetry of two horn antennas [Patent of the Russian Federation RU No. 2593835,
В целом указанные ограничения приводят к снижению качества пеленгации и ограничению области применения вышеперечисленных способов.In general, these limitations lead to a decrease in the quality of direction finding and a limitation of the scope of application of the above methods.
Отличаем предлагаемого способа от ближайшего аналога [Патент Российской Федерации RU №2593835, G01S 5/00, опубл. 2016 г.] является разложение принимаемых сигналов на спектральные составляющие и распределение их по направлениям с помощью вычисленной информации о частоте, фазе и значении отношения амплитуд. Результатом применения предлагаемого способа является ряд широкополосных сигналов, распределенных по направлениям, позволяющий производить не только определение направления на источник сигнала, но и полноценный анализ каждого из принимаемых сигналов отдельно от других. Реализация предложенного способа позволит осуществлять беспоисковый мониторинг пространства по направлению и частоте. Также повышается точность пеленгования, поскольку по сравнению с аналогами изменение формы диаграммы направленности АЭ по частоте и взаимное влияние АЭ в составе антенной решетки учтено в записанных значениях отношений амплитуд спектральных составляющих.We distinguish the proposed method from the closest analogue [Patent of the Russian Federation RU No. 2593835,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116468A RU2736414C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Method of spatial filtering of signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116468A RU2736414C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Method of spatial filtering of signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2736414C1 true RU2736414C1 (en) | 2020-11-17 |
Family
ID=73461122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019116468A RU2736414C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Method of spatial filtering of signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2736414C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220397634A1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-12-15 | Pollux Technologies, Inc. | Communication device for estimating azimuth angle, estimating method for communication device, and communication device for estimating position by calculating emission angle |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3946395A (en) * | 1974-04-17 | 1976-03-23 | Kirchhoff C Edward | Radio direction finding apparatus |
EP0137745A2 (en) * | 1983-10-07 | 1985-04-17 | Racal Research Limited | Direction finding systems |
RU2303274C1 (en) * | 2006-06-07 | 2007-07-20 | Александр Дмитриевич Виноградов | Radio direction-finding method and radio direction finder for realization of said method |
RU2546967C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of measuring angular coordinates of aerial targets using doppler radar |
RU2593835C2 (en) * | 2014-10-22 | 2016-08-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of determining direction of radio-frequency source using method of analysing region relative to axis of symmetry of two horn antennae |
RU2598648C1 (en) * | 2015-04-01 | 2016-09-27 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for radio direction-finding and radio direction finder therefor |
CN107271959A (en) * | 2017-07-05 | 2017-10-20 | 江苏先安科技有限公司 | Localization method based on duplicating multi-antenna orthogonal frequency division modulated signal |
US10228443B2 (en) * | 2012-12-02 | 2019-03-12 | Khalifa University of Science and Technology | Method and system for measuring direction of arrival of wireless signal using circular array displacement |
RU2692467C2 (en) * | 2016-08-29 | 2019-06-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar method |
-
2019
- 2019-05-28 RU RU2019116468A patent/RU2736414C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3946395A (en) * | 1974-04-17 | 1976-03-23 | Kirchhoff C Edward | Radio direction finding apparatus |
EP0137745A2 (en) * | 1983-10-07 | 1985-04-17 | Racal Research Limited | Direction finding systems |
RU2303274C1 (en) * | 2006-06-07 | 2007-07-20 | Александр Дмитриевич Виноградов | Radio direction-finding method and radio direction finder for realization of said method |
US10228443B2 (en) * | 2012-12-02 | 2019-03-12 | Khalifa University of Science and Technology | Method and system for measuring direction of arrival of wireless signal using circular array displacement |
RU2546967C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of measuring angular coordinates of aerial targets using doppler radar |
RU2593835C2 (en) * | 2014-10-22 | 2016-08-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of determining direction of radio-frequency source using method of analysing region relative to axis of symmetry of two horn antennae |
RU2598648C1 (en) * | 2015-04-01 | 2016-09-27 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for radio direction-finding and radio direction finder therefor |
RU2692467C2 (en) * | 2016-08-29 | 2019-06-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar method |
CN107271959A (en) * | 2017-07-05 | 2017-10-20 | 江苏先安科技有限公司 | Localization method based on duplicating multi-antenna orthogonal frequency division modulated signal |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220397634A1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-12-15 | Pollux Technologies, Inc. | Communication device for estimating azimuth angle, estimating method for communication device, and communication device for estimating position by calculating emission angle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11131764B2 (en) | Radar device | |
US5990834A (en) | Radar angle determination with music direction finding | |
GB2140238A (en) | Direction finding | |
RU2624449C1 (en) | Method of polarisation deprecition of radiosignals | |
RU2546330C1 (en) | Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects | |
RU2736414C1 (en) | Method of spatial filtering of signals | |
RU2524401C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of mobile objects | |
RU2752249C2 (en) | Multichannel direction finder of rf radio signals | |
RU2144200C1 (en) | Process of direction finding of radio signals and multichannel direction finder | |
Dumas et al. | Self-calibration and antenna grouping for bistatic oceanographic High-Frequency Radars | |
RU2305294C2 (en) | Method for direction finding with regard to correlation interaction between beams | |
Plšek et al. | FM based passive coherent radar: From detections to tracks | |
RU2546329C1 (en) | Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects | |
RU2529483C1 (en) | Method for stealth radar location of mobile objects | |
WO2007142532A1 (en) | Methods and arrangement for determining the direction to an emitter | |
RU2184980C1 (en) | Procedure measuring intensity of electromagnetic field of radio signals and device for its implementation | |
US20150123839A1 (en) | Device for detecting and locating mobile bodies provided with radars, and related method | |
RU2284043C1 (en) | Method for calibrating computerized interferometer systems on moveable platforms | |
RU2330304C1 (en) | Phase direction-finder | |
RU2526536C1 (en) | Amplitude-based radio direction-finder (versions) | |
RU2416806C2 (en) | Method of processing radar signals | |
RU2267134C2 (en) | Mode of direction finding of radio signals and a direction finder of radio signals | |
RU2672092C1 (en) | Method of measuring the angular position of terrestrial fixed radio-contrast objects | |
Tran et al. | DOA estimation with different NLA configurations | |
RU2429501C1 (en) | Detection and direction finding method of air objects |