RU2738961C1 - Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы - Google Patents

Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы Download PDF

Info

Publication number
RU2738961C1
RU2738961C1 RU2020119702A RU2020119702A RU2738961C1 RU 2738961 C1 RU2738961 C1 RU 2738961C1 RU 2020119702 A RU2020119702 A RU 2020119702A RU 2020119702 A RU2020119702 A RU 2020119702A RU 2738961 C1 RU2738961 C1 RU 2738961C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
signal
received
frequencies
ofdm signal
Prior art date
Application number
RU2020119702A
Other languages
English (en)
Inventor
Пётр Петрович Гончаров
Андрей Анатольевич Строцев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2020119702A priority Critical patent/RU2738961C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2738961C1 publication Critical patent/RU2738961C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиотехнических систем и может быть использовано для пассивного определения мобильным измерительным пунктом пространственных параметров, например углового положения, элементов широкополосных телекоммуникационных систем. Техническим результатом является определение пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, которое не требует знания действительных частот излучения широкополосных источников радиоизлучений и применения сложных многоканальных устройств. Для этого вводят операции оценивания количества и значения используемых в принятых широкополосных сигналах
Figure 00000185
характерных частот
Figure 00000186
,
Figure 00000187
: для источника ППРЧ сигналов по s2(t) оценивают количество используемых в принятой реализации ППРЧ сигнала частотных позиций и величины частот позиций - характерных частот принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000188
,
Figure 00000189
, зависящих от углового положения β2 источника ППРЧ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта; для источника ЛЧМ сигналов по s3(t) оценивают величины минимальных и максимальных частот диапазонов частот принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000190
,
Figure 00000191
, зависящих от углового положения β3 источника ЛЧМ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, выполнения тактовой синхронизации для цифровых отсчетов широкополосных сигналов, для источников ППРЧ и ЛЧМ сигналов демодуляции, декодирования и извлечения информационных сообщений в соответствии с частотно-временным планом, использования успешного извлечения информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин характерных частот
Figure 00000192
,
Figure 00000193
принимаемых широкополосных сигналов, определения пространственных параметров
Figure 00000194
,
Figure 00000195
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, на основе разностей оценок характерных частот
Figure 00000196
,
Figure 00000197
принимаемых широкополосных сигналов и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000198
. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехнических систем и может быть использовано для пассивного определения мобильным измерительным пунктом пространственных параметров, например, углового положения, элементов широкополосных телекоммуникационных систем.
Известен разностно-дальномерный способ определения углового положения источника радиоизлучения (ИРИ) (1 - Клименко Н.Н., Клименко С.В. Современное состояние теории и практики радиоинтерферометрии // Зарубежная радиоэлектроника, 1990. - №1. - С. 3-14). Он заключается в приеме сигналов ИРИ двумя взаимосвязанными измерительными пунктами с известными координатами, вычислении задержки времени прихода сигналов для этой пары измерительных пунктов, формировании гиперболоида, на основе которого определяют угловое положение ИРИ.
Недостатком способа является необходимость использования двух измерительных пунктов и системы связи между ними. При этом все измерения должны производиться синхронно, что влечет необходимость применения сложной системы единого времени и, следовательно, усложняет техническую реализацию.
Известен доплеровский способ определения углового положения ИРИ (2 - С. 267-269, Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства // М: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.). Он заключается в приеме сигнала ИРИ мобильным измерительным пунктом с известными координатами, измерении частоты ƒизм. излучения ИРИ и вектора скорости
Figure 00000001
мобильного измерительного пункта, на основе которых при известной действительной частоте ƒизл излучения ИРИ осуществляется определение углового положения ИРИ, относительно вектора скорости мобильного измерительного пункта:
Figure 00000002
где с - скорость распространения радиоволны;
β - угол между вектором скорости мобильного измерительного пункта и направлением на ИРИ.
Недостатком способа является необходимость знания действительной частоты излучения ИРИ ƒизл.
Известен корреляционно-интерферометрический способ определения углового положения ИРИ на основе разностей фаз сигналов на элементах антенной системы (3 - С. 269-274, Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства // М: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.).
Недостатком способа является необходимость применения сложного многоканального устройства для их реализации.
Известен способ определения углового положения источника OFDM сигналов (4 - Патент РФ №2688927, МПК: (2006.01) G01S 5/00. Способ определения углового положения источника OFDM сигналов. Патентообладатель - РФ, от имени которой выступает МО РФ. Аверьянов А.В., Гончаров П.П., Емельянов Р.В., Строцев А.А. Публ. - 23.05.2019 г.), принятый за прототип. Он реализуется в виде следующей последовательности операций: принимают и преобразуют в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналоговый сигнал s1(t) от источника OFDM сигналов, во время приема и преобразования аналогового сигнала измеряют и запоминают значения направления и модуля вектора скорости
Figure 00000003
мобильного приемного пункта, оценивают количество используемых в принятой реализации OFDM сигнала подканалов R1 и величины частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000004
,
Figure 00000005
, зависящих от углового положения β1 источника OFDM сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, выполняют синхронизацию частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000006
,
Figure 00000007
и частот поднесущих, используемых при демультиплексировании OFDM сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ), выполняют тактовую синхронизацию для цифровых отсчетов OFDM сигнала, для источника OFDM сигналов демультиплексируют подканалы с помощью БПФ, демодулируют сигналы для каждого подканала, в соответствии с используемой манипуляцией, декодируют и извлекают информационные сообщения подканалов OFDM сигнала, используют успешное извлечение информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000008
,
Figure 00000009
, определяют угловое положение источника OFDM сигнала
Figure 00000010
на основе разностей оценок частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000011
,
Figure 00000012
и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000013
.
Способ обеспечивает определение углового положения источника OFDM сигналов, которое не требует знания действительной частоты излучения ИРИ и применения сложных многоканальных устройств.
Недостатком способа-прототипа является невозможность определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, у которых широкополосный сигнал формируется не только за счет технологии OFDM, но и на основе технологии псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) или линейной частотной модуляции (ЛЧМ).
Технической проблемой является отсутствие технических средств определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, простых в реализации и не использующих значение действительной частоты излучения.
Для решения технической проблемы предлагается способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, при котором принимают и преобразуют в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналоговый сигнал s1(t) от источника OFDM сигналов, во время приема и преобразования аналогового сигнала измеряют и запоминают значения направления и модуля вектора скорости
Figure 00000014
мобильного приемного пункта, оценивают количество используемых в принятой реализации OFDM сигнала подканалов R1 и величины частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000015
,
Figure 00000016
, зависящих от углового положения β1 источника OFDM сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, выполняют синхронизацию частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000017
,
Figure 00000018
и частот поднесущих, используемых при демультиплексировании OFDM сигнала, выполняют тактовую синхронизацию для цифровых отсчетов OFDM сигнала, для источника OFDM сигналов демультиплексируют подканалы с помощью БПФ, демодулируют сигналы для каждого подканала, в соответствии с используемой манипуляцией, декодируют и извлекают информационные сообщения подканалов OFDM сигнала, используют успешное извлечение информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000019
,
Figure 00000020
, определяют угловое положение источника OFDM сигнала
Figure 00000021
на основе разностей оценок частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000022
,
Figure 00000023
и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000024
.
Согласно изобретению, дополнительно, одновременно с приемом и преобразованием в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналогового сигнала s1(t) от источника OFDM сигналов выполняют прием и преобразование в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналогового сигнала s2(t) от источника сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и сигнала s3(t) от источника сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), после измерения и запоминания значений направления и модуля вектора скорости
Figure 00000025
мобильного приемного пункта, и одновременно с оценкой количества используемых в принятой реализации OFDM сигнала подканалов R1 и величины частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000026
,
Figure 00000027
, оценивают количество и значения используемых в принятых широкополосных сигналах
Figure 00000028
характерных частот
Figure 00000029
,
Figure 00000030
: для источника ППРЧ сигналов по s2(t) оценивают количество используемых в принятой реализации ППРЧ сигнала частотных позиций R2 и величины частот позиций - характерных частот принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000031
,
Figure 00000032
, зависящих от углового положения β2 источника ППРЧ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, для источника ЛЧМ сигналов по s3(t) оценивают величины минимальных и максимальных частот диапазонов частот принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000033
,
Figure 00000034
, зависящих от углового положения β3 источника ЛЧМ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, одновременно с выполнением тактовой синхронизации для цифровых отсчетов OFDM сигнала выполняют тактовую синхронизацию для цифровых отсчетов широкополосных сигналов, одновременно с демультиплексированием, демодулированием, декодированием и извлечением информационных сообщений подканалов OFDM сигнала для источников ППРЧ и ЛЧМ сигналов демодулируют, декодируют и извлекают информационные сообщения в соответствии с частотно-временным планом, используют успешное извлечение информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин характерных частот
Figure 00000035
,
Figure 00000036
принимаемых широкополосных сигналов, определяют пространственные параметры
Figure 00000037
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, на основе разностей оценок характерных частот
Figure 00000038
,
Figure 00000039
принимаемых широкополосных сигналов и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000040
.
Техническим результатом является определение пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, которое не требует знания действительных частот излучения широкополосных источников радиоизлучений и применения сложных многоканальных устройств.
Указанный технический результат достигают за счет введения новых операций: выполнения приема и преобразования в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналогового сигнала s2(t) от источника ППРЧ сигнала и сигнала s3(t) от источника ЛЧМ сигналов, оценивания количества и значений используемых в принятых широкополосных сигналах
Figure 00000041
характерных частот
Figure 00000042
,
Figure 00000043
: для источника ППРЧ сигналов по s2(t) оценивания количества используемых в принятой реализации ППРЧ сигнала частотных позиций R2 и величины частот позиций - характерных частот принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000044
,
Figure 00000045
, зависящих от углового положения β2 источника ППРЧ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, для источника ЛЧМ сигналов по s3(t) оценивания величины минимальных и максимальных частот диапазонов принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000046
,
Figure 00000047
, зависящих от углового положения β3 источника ЛЧМ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, выполнения тактовой синхронизации для цифровых отсчетов широкополосных сигналов, для источников ППРЧ и ЛЧМ сигналов демодуляции, декодирования и извлечения информационных сообщений в соответствии с частотно-временным планом, использования успешного извлечения информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин характерных частот
Figure 00000048
,
Figure 00000049
принимаемых широкополосных сигналов, определения пространственных параметров
Figure 00000050
,
Figure 00000051
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, на основе разностей оценок характерных частот
Figure 00000052
,
Figure 00000053
принимаемых широкополосных сигналов и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000054
.
На фиг. приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы.
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого способа из литературы не известны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, реализуется следующим образом:
1 Принимают и преобразуют в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналоговый сигнал s1(t) от источника OFDM сигналов, s2(t)от источника ППРЧ сигналов, s3(t) от источника ЛЧМ сигналов.
2 Во время приема и преобразования аналогового сигнала измеряют и запоминают значения направления и модуля вектора скорости
Figure 00000055
мобильного приемного пункта.
3 Оценивают количество и значения используемых в принятых широкополосных сигналах
Figure 00000056
характерных частот
Figure 00000057
,
Figure 00000058
3.1 для источника OFDM сигналов по s1(t) оценивают количество используемых в принятой реализации OFDM сигнала подканалов R1 и величины частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000059
,
Figure 00000060
, зависящих от углового положения β1 источника OFDM сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта;
3.2 для источника ППРЧ сигналов по s2(t) оценивают количество используемых в принятой реализации ППРЧ сигнала частотных позиций R2 и величины частот позиций - характерных частот принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000061
,
Figure 00000062
, зависящих от углового положения β2 источника ППРЧ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта;
3.3 для источника ЛЧМ сигналов по s3(t) оценивают величины минимальных и максимальных частот диапазонов принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000063
,
Figure 00000064
, зависящих от углового положения β3 источника ЛЧМ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта.
4 Выполняют синхронизацию частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000065
,
Figure 00000066
и частот поднесущих, используемых при демультиплексировании OFDM сигнала с помощью БПФ.
5 Выполняют тактовую синхронизацию для цифровых отсчетов широкополосных сигналов.
6 Для источника OFDM сигналов:
6.1 демультиплексируют подканалы с помощью БПФ;
6.2 демодулируют сигналы для каждого подканала, в соответствии с используемой манипуляцией;
6.3 декодируют и извлекают информационные сообщения подканалов OFDM сигнала.
7 Для источников ППРЧ и ЛЧМ сигналов демодулируют, декодируют и извлекают информационные сообщения в соответствии с частотно-временным планом.
8 Используют успешное извлечение информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин характерных частот
Figure 00000067
,
Figure 00000068
принимаемых широкополосных сигналов.
9 Определяют пространственные параметры
Figure 00000069
,
Figure 00000070
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, на основе разностей оценок характерных частот
Figure 00000071
,
Figure 00000072
принимаемых широкополосных сигналов и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000073
.
Для реализации пункта 1 аналоговый сигнал s1(t) от источника OFDM сигналов, как и в способе-прототипе, принимают и преобразуют в цифровую форму в виде комплексных отсчетов
Figure 00000074
с помощью одноканального цифрового приемника OFDM сигналов, расположенного на мобильном приемном пункте. Приемник определяет протокол передачи и помехоустойчивого кодирования обрабатываемых информационных сообщений OFDM сигнала, например (5 - IEEE 802.11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications), (6 - IEEE 802.16 Working Group, IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks), и передает в блок синхронизации необходимое для последующей обработки количество отсчетов N1, что соответствует одному кадру. Каждому из стандартов соответствует интервал Δƒ, на который разнесены по частоте соседние мультиплексированные каналы.
Одновременно с приемом аналогового сигнала s1(t) от источника OFDM сигналов реализуется прием аналоговых сигналов s2(t) от источника ППРЧ сигналов и s3(t) от источника ЛЧМ сигналов. Они преобразуются в цифровую форму в виде комплексных отсчетов
Figure 00000075
и
Figure 00000076
с помощью одноканального цифрового приемника, расположенного на мобильном приемном пункте. Приемник определяет протокол передачи и помехоустойчивого кодирования обрабатываемых информационных сообщений ППРЧ и ЛЧМ сигналов.
Для источников ППРЧ сигналов, например, в соответствии с (7 - Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е., Мухин Н.П., Шестопалов В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. - М.: Радио и связь, 2000. - 384 с.), (8 - Макаренко СИ., Иванов М.С., Попов С.А. Помехозащищенность систем связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Монография. - СПб.: Свое издательство, 2013. - 166 с.) определяется шаг Δƒ2 сетки частот, которые могут занимать частотные позиции ППРЧ сигнала, а также вид ППРЧ (по соотношению времени работы на одной частоте и длительности информационных символов: межсимвольная, посимвольная, внитрисимвольная; по скорости скачков частоты в единицу времени с медленной, средней и быстрой скоростью перестройки). В соответствии с этим, приемник передает в блок синхронизации необходимые для последующей обработки наборы отсчетов объемом N2, каждый из которых соответствует одной части информации.
Для источников ЛЧМ сигналов, например, в соответствии с (9 - ГОСТ Р ИСО/МЭК 24730-5-2014. Информационные технологии. Системы позиционирования в реальном времени (RTLS). Часть 5. Радиоинтерфейс расширения спектра методом линейной частотной модуляции (CSS) для связи на частоте 2,4 ГГц. М.: Стандартинформ, 2015. - 67 с.), (10 - Радько Н.М., Козачок Н.И., Ибрагимов Н.Г., Степанов В.Г., Иркутский О.А. Об использовании ЛЧМ сигналов в системах радиосвязи // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов, 2010. - №1. - С. 50-52.), (11 - Лукашин И.В. Исследование применения ЛЧМ-сигналов для передачи данных по радиоканалу // http://omoled.ru/publications/view/414, 2013) определяются тип ЛЧМ модуляции (например, двухточечная ортогональная ЛЧМ, DQPSK-CSS), формы подсигналов с ЛЧМ и ширина полосы частот Δƒ3. В соответствии с этим, приемник передает в блок синхронизации необходимые для последующей обработки наборы отсчетов объемом N3, каждый из которых соответствует одной части информации.
Для реализации пункта 2 измеряют и запоминают направление и модуль вектора скорости
Figure 00000077
, используя данные навигационной системы мобильного приемного пункта (12 - Ковалев К.Б., Колесников С.С., Строцев А.А. Методика оценки истинного курса подвижного объекта при пеленгации источников радиоизлучения, Сборник докладов 21-й международной научно-технической конференции «Радиолокация. Навигация. Связь» (RLNC 2015), 14-16 апреля 2015, г. Воронеж, т. 3, с. 1540-1549). Направление вектора скорости
Figure 00000078
используется в качестве оси, от которой отсчитываются искомые пространственные параметры - угловые координаты
Figure 00000079
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы.
Для реализации пункта 3 оценивают количество и значения используемых в принятых широкополосных сигналах
Figure 00000080
характерных частот
Figure 00000081
,
Figure 00000082
. Для каждого из источников OFDM, ППРЧ и ЛЧМ сигналов характерные частоты различны.
Для источника OFDM сигналов (пункт 3.1) по s1(t) оценивают количество используемых в принятой реализации OFDM сигнала подканалов R1 и величины частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000083
,
Figure 00000084
, зависящих от углового положения β1 источника OFDM сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта. Оценка величин R1 и
Figure 00000085
,
Figure 00000086
может быть выполнена с помощью алгоритма частотной синхронизации OFDM сигналов (13 - Schmidl Т. М., Сох D. С.Robust frequency and timing synchronization for OFDM. IEEE Trans, on Comm., Vol. 45. 1997.).
Для источника ППРЧ сигналов (пункт 3.2) по s2(t) оценивают количество используемых в принятой реализации ППРЧ сигнала частотных позиций R2 и величины частот позиций - характерных частот принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000087
,
Figure 00000088
, зависящих от углового положения β2 источника ППРЧ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта. Оценка величин R2 и
Figure 00000089
,
Figure 00000090
может быть выполнена с помощью алгоритмов оценки параметров ППРЧ сигналов (14 - Патент РФ №2354979, МПК: (2006.01) G01R 23/00. Способ определения размера группы рабочих частот радиоэлектронного средства с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, ФГУ «ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ» МО РФ. Анишин А.С., Батурин Ю.О. Публ. - 10.05.2009 г.), (15 - Хорунжий С.Г. Алгоритмы и устройства обнаружения и оценки параметров сигналов со скачкообразным изменением частоты. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Таганрог. 2009. - 166 с.). При этом оцениваются разности
Figure 00000091
номеров частотных позиций в сетке частот, которые могут занимать частотные позиции источника ППРЧ сигнала с шагом Δƒ2, соответствующих оцененным частотам пар позиций
Figure 00000092
и
Figure 00000093
.
Для источника ЛЧМ сигналов (пункт 3.3) по s3(t) оценивают величины минимальных и максимальных частот диапазонов частот принимаемого ЛЧМ сигнала - характерных частот принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000094
,
Figure 00000095
, зависящих от углового положения β3 источника ЛЧМ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта. При этом R3 - четное число, равное удвоенному числу диапазонов частот принимаемого ЛЧМ сигнала. Для двухточечной ортогональной ЛЧМ диапазон частот принимаемого ЛЧМ сигнала - один, и R3 равно 2. Для DQPSK-CSS число диапазонов частот принимаемого ЛЧМ сигнала равно двум, а R3 равно 4. Нечетные значения индекса r соответствуют минимальным частотам диапазонов, а четные - максимальным.
Для реализации пункта 4 выполняют синхронизацию частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000096
,
Figure 00000097
и частот поднесущих, используемых при демультиплексировании OFDM сигнала с помощью БПФ. При выполнении частотной синхронизации используется интерполяционный базис Котельникова, в котором учитывается ограниченное количество слагаемых 2Р + 1 (например Р равно 16):
Figure 00000098
где tp - моменты времени, выбранные аналого-цифровым преобразователем (АЦП) для оцифровки сигнала
Figure 00000099
;
Figure 00000100
- моменты времени, которые соответствуют режиму, синхронизированному по частотам поднесущих принимаемого OFDM сигнала, и частотам используемых, при демультиплексировании OFDM сигнала с помощью БПФ,
Figure 00000101
, причем r вычисляется как остаток от деления номера цифрового отсчета k на количество подканалов R1, увеличенное на единицу, K - число комплексных отсчетов сигнала, соответствующих одному кадру. Величина М = K/R1 - соответствует количеству OFDM символов в одном кадре обрабатываемого OFDM сигнала.
Для реализации пункта 5 выполняют тактовую синхронизацию для цифровых отсчетов широкополосных сигналов.
Для цифровых отсчетов OFDM сигнала тактовая синхронизация выполняется, как и в способе-прототипе, используя специальный канал синхронизации при его наличии в OFDM сигнале или с помощью алгоритма тактовой синхронизации, который основан на минимизации интерференционных помех [4], [13].
Для цифровых отсчетов ППРЧ сигнала тактовая синхронизация выполняется, например, в соответствии с реализацией типовых структурных схем и алгоритмов функционирования основных устройств подсистемы синхронизации в системах радиосвязи с ППРЧ [7, гл. 6].
Для цифровых отсчетов ЛЧМ сигнала тактовая синхронизация выполняется, например, с применением указанных в ГОСТе [11, п. 7] требований к физическому уровню системы ЛЧМ радиосвязи, включающих применение заголовка синхронизации.
Для реализации пункта 6 для источника OFDM сигналов выполняют, в соответствии с п. 6.1, демультиплексирование подканалов с помощью БПФ:
Figure 00000102
где j - мнимая единица;
tm+r - момент времени взятия т комплексного отсчета обрабатываемого фрагмента OFDM сигнала для г подканала.
Для реализации пункта 6.2 демодулируют сигналы для каждого подканала, в соответствии с используемой манипуляцией с помощью программных или аппаратных демодуляторов, так как после реализации пункта 6.1 сигнал S(tm+r) представляет собой R1 независимых подканалов с фазовой, амплитудной или амплитудно-фазовой манипуляцией.
Для реализации пункта 6.3 декодируют и извлекают информационные сообщения подканалов в соответствии с протоколом передачи и помехоустойчивого кодирования информационных сообщений OFDM сигналов. При реализации пункта 6.3 оценивают и запоминают значение вероятности битовой ошибки Р1.
Для реализации пункта 7 для источников ППРЧ сигналов выполняют их демодуляцию, декодирование и извлечение информационных сообщений, в соответствии с частотно-временным планом ППРЧ источника сигналов, например, в соответствии с [7], [8], оценивают и запоминают значение вероятности битовой ошибки Р2.
Для источников ЛЧМ сигналов выполняют их демодуляцию, декодирование и извлечение информационных сообщений, в соответствии с частотно-временным планом ЛЧМ источника сигналов, например, в соответствии с [9], оценивают и запоминают значение вероятности битовой ошибки Р3.
Для реализации пункта 8 используют успешное извлечение информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин характерных частот
Figure 00000103
,
Figure 00000104
принимаемых широкополосных сигналов.
Для источника OFDM сигналов в качестве оценок величин характерных частот рассматривают оценки величин частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000105
. Оценка величин частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
Figure 00000106
считается верной, если вероятность битовой ошибки в информационных сообщениях не превышает заданную величину, т.е., например, Р1≤103.
Для источника ППРЧ сигналов в качестве оценок величин характерных частот рассматривают оценки величин частот позиций принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000107
. Оценка величин частот позиций принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000108
считается верной, если вероятность битовой ошибки в информационных сообщениях не превышает заданную величину, т.е., например, Р2≤103.
Для источника ЛЧМ сигналов в качестве оценок величин характерных частот рассматривают оценки величин минимальных и максимальных частот диапазонов частот принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000109
. Оценка величин минимальных и максимальных частот диапазонов частот принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000110
считается верной, если вероятность битовой ошибки в информационных сообщениях не превышает заданную величину, т.е., например, Р3≤103.
Для реализации пункта 9 определяют пространственные параметры
Figure 00000111
,
Figure 00000112
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, на основе разностей оценок характерных частот
Figure 00000113
,
Figure 00000114
принимаемых широкополосных сигналов и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000115
.
Углы
Figure 00000116
,
Figure 00000117
отсчитываются от направления вектора скорости
Figure 00000118
. Таким образом, каждая
Figure 00000119
совокупность разностей оценок характерных частот
Figure 00000120
образует
Figure 00000121
вектор первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) и формирует собой решетку в пространстве частот.
Для определения пространственных параметров
Figure 00000122
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, можно воспользоваться существующим математическим аппаратом линейных антенных решеток для определения угловых положений источников сигналов, за счет его обобщения на случай решетчатых структур в пространстве частот.
В этом случае оценки углового положения источников OFDM, ППРЧ и ЛЧМ сигналов ИРИ
Figure 00000123
формируются, в общем случае, на основе определения соответствующих максимумов пеленгационных рельефов D1(β1), D2(β2), D3(β3):
Figure 00000124
Figure 00000125
Figure 00000126
При этом пеленгационные рельефы рассчитываются по формулам:
Figure 00000127
где Т - обозначение операции транспонирования;
Figure 00000128
- обозначение нормы;
Figure 00000129
- вектор ППИП для источника OFDM сигнала;
Figure 00000130
- транспонированный вектор опорного пространственного сигнала для источника OFDM сигнала;
Figure 00000131
с - скорость распространения электромагнитных волн,
Figure 00000132
где
Figure 00000133
- вектор ППИП для источника ППРЧ сигнала;
Figure 00000134
- транспонированный вектор опорного пространственного сигнала;
Figure 00000135
Figure 00000136
где
Figure 00000137
- вектор ППИП для источника ППРЧ сигнала;
Figure 00000138
- транспонированный вектор опорного пространственного сигнала;
Figure 00000139
Практическая реализация процедуры определения максимума пеленгационного рельефа описана в статье (16 - Аверьянов А.В., Ломанцова Ю.А., Сторцев А.А., Сухенький И.А., Двухэтапный алгоритм работы многоканального корреляционно-интерферометрического пеленгатора, Общие вопросы радиоэлектроники. Ростов-на-Дону: ФГУП «РНИИРС», 2016, Вып. 1, с. 35-49).
Предлагаемый способ имеет следующие отличительные признаки в последовательности его реализации от способа-прототипа, которые представлены в таблице 1.
Figure 00000140
Figure 00000141
Figure 00000142
Из представленной таблицы 1 сравнения последовательностей реализации способа-прототипа и предлагаемого способа видно, что в предлагаемом способе, относительно способа-прототипа, дополнительно оценивают количество и значения используемых в принятых широкополосных сигналах
Figure 00000143
характерных частот
Figure 00000144
,
Figure 00000145
: для источника ППРЧ сигналов по s2(t) оценивают количество используемых в принятой реализации ППРЧ сигнала частотных позиций R2 и величины частот позиций - характерных частот принимаемого ППРЧ сигнала
Figure 00000146
,
Figure 00000147
, зависящих от углового положения β2 источника ППРЧ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта; для источника ЛЧМ сигналов по s3(t) оценивают величины минимальных и максимальных частот диапазонов принимаемого ЛЧМ сигнала
Figure 00000148
,
Figure 00000149
, зависящих от углового положения β3 источника ЛЧМ сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, выполнения тактовой синхронизации для цифровых отсчетов широкополосных сигналов, для источников ППРЧ и ЛЧМ сигналов демодуляции, декодирования и извлечения информационных сообщений в соответствии с частотно-временным планом, использования успешного извлечения информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин характерных частот
Figure 00000150
,
Figure 00000151
принимаемых широкополосных сигналов, определения пространственных параметров
Figure 00000152
,
Figure 00000153
элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, на основе разностей оценок характерных частот
Figure 00000154
,
Figure 00000155
принимаемых широкополосных сигналов и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
Figure 00000156
.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, изображена на фигуре. В состав устройства входят:
01 - радиоприемное устройство (РПУ);
02 -навигационная система (НС);
03 - блок системы синхронизации (БСС);
04 - блок демультиплексирования OFDM сигналов (БДОС);
05 - блок демодуляции OFDM сигналов (БДС);
06 - блок демодуляции ЛЧМ и ППРЧ сигналов (БДС ЛЧМ и ППРЧ)
07 - декодер (Д);
08 - блок обработки информационных сообщений (БОИС);
09 - блок определения пространственных параметров (БОПП).
Устройство содержит РПУ 01, выходы РПУ 01 соединены с входами НС 02 и БСС 03. Выход НС 02 соединен с первым входом БОПП 09. Выходы БСС 03 соединены с входами БДОС 04, БДС ЛЧМ и ППРЧ 06 и вторым входом БОПП 09. Выход БДС ЛЧМ и ППРЧ 06 соединен с первым входом Д 07. Выход БДОС 04 соединен с входом БДС 05, выход которого соединен со вторым входом Д 07. Выход Д 07 соединен с входом БОИС 08, выход которого соединен с третьим входом БОПП 09. На выходе БОПП 09 формируются искомые пространственные параметры элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы.
Устройство работает следующим образом: РПУ 01 представляет собой одноканальный цифровой приемник, который преобразует в цифровую форму аналоговый сигнал от источника OFDM, ППРЧ или ЛЧМ сигналов, и передает цифровые комплексные отсчеты сигнала в БСС 03, а также команду для регистрации направления и модуля вектора скорости
Figure 00000157
мобильного приемного пункта в НС 02. В БСС 03 оценивается количество и значения используемых в принятых широкополосных сигналах характерных частот и выполняется синхронизация по частотам, а также осуществляется тактовая синхронизация. Преобразованные цифровые отсчеты далее поступают в БДОС 04 для источника OFDM сигнала или БДС ЛЧМ и ППРЧ 06 для источников ППРЧ и ЛЧМ сигналов. Для OFDM сигналов БДОС 04 выполняет демультиплексирование подканалов с помощью быстрого преобразования Фурье с последующей демодуляцией в БДС 05. Для ЛЧМ и ППРЧ сигналов БДС ЛЧМ и ППРЧ 06 выполняет демодуляцию. Демодулированные сигналы с выходов БДС 05 и БДС ЛЧМ и ППРЧ 06 поступают на входы Д 07 для OFDM, ЛЧМ и ППРЧ сигналов, в котором выполняется преобразование демодулированых сигналов в битовый поток декодированных данных, который далее поступает в БОИС 08, где происходит извлечение информационных сообщений. В БОИС 08 дополнительно оценивается вероятность битовой ошибки, и если она не превышает заданную величину, например 10-3, то на третий вход БОПП 09 поступает команда выполнения оценки пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, отсчитываемого от направления вектора скорости мобильного приемного пункта сигнала на основе модуля этого вектора, который получен от НС 02 и значений разностей характерных частот, которые поступают от БСС 03 на второй вход БОПП 09, на выходе которого сформирована оценка пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы.
Таким образом, предлагаемый способ, относительно способа-прототипа, позволяет определить пространственные параметры элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы.

Claims (1)

  1. Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, при котором принимают и преобразуют в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналоговый сигнал s1(t) от источника OFDM сигналов, во время приема и преобразования аналогового сигнала измеряют и запоминают значения направления и модуля вектора скорости
    Figure 00000158
    мобильного приемного пункта, оценивают количество используемых в принятой реализации OFDM сигнала подканалов R1 и величины частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
    Figure 00000159
    ,
    Figure 00000160
    , зависящих от углового положения β1 источника OFDM сигналов относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, выполняют синхронизацию частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
    Figure 00000161
    ,
    Figure 00000162
    и частот поднесущих, используемых при демультиплексировании OFDM сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье, выполняют тактовую синхронизацию для цифровых отсчетов OFDM сигнала, для источника OFDM сигналов демультиплексируют подканалы с помощью быстрого преобразования Фурье, демодулируют сигналы для каждого подканала, в соответствии с используемой манипуляцией, декодируют и извлекают информационные сообщения подканалов OFDM сигнала, используют успешное извлечение информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
    Figure 00000163
    ,
    Figure 00000164
    , определяют угловое положение источника OFDM сигнала
    Figure 00000165
    на основе разностей оценок частот поднесущих принимаемого OFDM сигнала
    Figure 00000166
    ,
    Figure 00000167
    и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
    Figure 00000168
    , отличающийся тем, что дополнительно одновременно с приемом и преобразованием в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналогового сигнала s1(t) от источника OFDM сигналов выполняют прием и преобразование в цифровую форму одноканальным цифровым приемником аналогового сигнала s2(t) от источника сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и сигнала s3(t) от источника сигналов с линейной частотной модуляцией, после измерения и запоминания значений направления и модуля вектора скорости
    Figure 00000169
    мобильного приемного пункта и одновременно с оценкой количества используемых в принятой реализации OFDM сигнала подканалов R1 и величины частот поднесущих - характерных частот принимаемого OFDM сигнала
    Figure 00000170
    ,
    Figure 00000171
    оценивают количество и значения используемых в принятых широкополосных сигналах
    Figure 00000172
    характерных частот
    Figure 00000173
    ,
    Figure 00000174
    : для источника сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты по s2(t) оценивают количество используемых в принятой реализации сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты частотных позиций R2 и величины частот позиций - характерных частот принимаемого сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты
    Figure 00000175
    ,
    Figure 00000176
    , зависящих от углового положения β2 источника сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, для источника сигналов с линейной частотной модуляцией по s3(t) оценивают величины минимальных и максимальных частот диапазонов принимаемого сигнала с линейной частотной модуляцией
    Figure 00000177
    ,
    Figure 00000178
    , зависящих от углового положения β3 источника сигналов с линейной частотной модуляцией относительно вектора скорости мобильного приемного пункта, одновременно с выполнением тактовой синхронизации для цифровых отсчетов OFDM сигнала выполняют тактовую синхронизацию для цифровых отсчетов широкополосных сигналов, одновременно с демультиплексированием, демодулированием, декодированием и извлечением информационных сообщений подканалов OFDM сигнала для источников сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и линейной частотной модуляцией демодулируют, декодируют и извлекают информационные сообщения в соответствии с частотно-временным планом, используют успешное извлечение информационных сообщений в качестве критерия правильности оценки величин характерных частот
    Figure 00000179
    ,
    Figure 00000180
    принимаемых широкополосных сигналов, определяют пространственные параметры
    Figure 00000181
    элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы, на основе разностей оценок характерных частот
    Figure 00000182
    ,
    Figure 00000183
    принимаемых широкополосных сигналов и модуля вектора скорости мобильного приемного пункта
    Figure 00000184
    .
RU2020119702A 2020-06-08 2020-06-08 Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы RU2738961C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119702A RU2738961C1 (ru) 2020-06-08 2020-06-08 Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119702A RU2738961C1 (ru) 2020-06-08 2020-06-08 Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738961C1 true RU2738961C1 (ru) 2020-12-21

Family

ID=74062836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020119702A RU2738961C1 (ru) 2020-06-08 2020-06-08 Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738961C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117992760A (zh) * 2024-04-07 2024-05-07 中国电子科技集团公司第十研究所 一种基于认知图谱的电磁环境监测任务规划方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2508702C1 (ru) * 2012-11-23 2014-03-10 Олег Иванович Квасенков Способ получения икры из баклажанов
RU2595952C2 (ru) * 2015-01-26 2016-08-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Способ символьной синхронизации при приеме сигнала кодоимпульсной модуляции - фазовой манипуляции с известной структурой
WO2018144337A1 (en) * 2017-02-03 2018-08-09 Idac Holdings, Inc. Broadcast channel transmission and demodulation
RU2688927C1 (ru) * 2018-08-10 2019-05-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ определения углового положения источника OFDM сигналов
WO2019109854A1 (zh) * 2017-12-07 2019-06-13 中兴通讯股份有限公司 分布式数据库数据处理方法、装置、存储介质及电子装置
RU2702258C1 (ru) * 2018-06-26 2019-10-07 Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС" (ООО "РВ-СИСТЕМС") Способ ортогонального частотного уплотнения и его реализующее устройство

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2508702C1 (ru) * 2012-11-23 2014-03-10 Олег Иванович Квасенков Способ получения икры из баклажанов
RU2595952C2 (ru) * 2015-01-26 2016-08-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Способ символьной синхронизации при приеме сигнала кодоимпульсной модуляции - фазовой манипуляции с известной структурой
WO2018144337A1 (en) * 2017-02-03 2018-08-09 Idac Holdings, Inc. Broadcast channel transmission and demodulation
WO2019109854A1 (zh) * 2017-12-07 2019-06-13 中兴通讯股份有限公司 分布式数据库数据处理方法、装置、存储介质及电子装置
RU2702258C1 (ru) * 2018-06-26 2019-10-07 Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС" (ООО "РВ-СИСТЕМС") Способ ортогонального частотного уплотнения и его реализующее устройство
RU2688927C1 (ru) * 2018-08-10 2019-05-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ определения углового положения источника OFDM сигналов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117992760A (zh) * 2024-04-07 2024-05-07 中国电子科技集团公司第十研究所 一种基于认知图谱的电磁环境监测任务规划方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10823834B2 (en) Ranging and positioning system
US11525909B2 (en) Time / angle of arrival measurement using narrowband signals
CN102342075A (zh) 从一个频率和时间到另一个的信道推断
US11808835B2 (en) Hybrid method for time-of-arrival-based ranging
Piccinni et al. A novel distance measurement technique for indoor positioning systems based on Zadoff-Chu Sequences
US20240048412A1 (en) Positioning Using Synthesized Wideband Channel Estimation and Synchronized Receivers
RU2738961C1 (ru) Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы
Piccinni et al. Analysis and modeling of a novel sdr-based high-precision positioning system
Piccinni et al. Narrowband distance evaluation technique for indoor positioning systems based on Zadoff-Chu sequences
Ghany et al. A robustness comparison of measured narrowband CSI vs RSSI for IoT localization
Cyganski et al. A multi-carrier technique for precision geolocation for indoor/multipath environments
US20230337164A1 (en) Method for precise timestamping of narrowband signals in the presence of multipath
RU2688927C1 (ru) Способ определения углового положения источника OFDM сигналов
Wolf et al. Multi-Frequency Phase Difference of Arrival for precise localization in narrowband LPWA networks
EP3262803A1 (en) Communication device and method for joint offset estimation
Li et al. A three-dimensional matrix pencil algorithm based on beamspace
Piccinni et al. The Use of Zadoff–Chu Sequences for a New Distance Measurement Technique
KR20240083812A (ko) 기저대역 일관성을 이용하는 레인징 측정 방법 및 장치
JP5812179B2 (ja) スプリアス測定装置及びそれを利用した受信装置，通信システム
Knapp et al. Statistical analysis of a new correlation peak detection method for unimodal autocorrelation
Pardiñas-Mir et al. Experimental Detection and Synchronisation Validation for a TR-UWB System Based on the Time Delayed Sampling and Correletion Scheme
JPH04242332A (ja) マルチパス伝送路の遅延時間の測定方法及び測定システム