RU2752878C2 - Method of direction finding for broadband signals with increased resolution - Google Patents

Method of direction finding for broadband signals with increased resolution Download PDF

Info

Publication number
RU2752878C2
RU2752878C2 RU2019138395A RU2019138395A RU2752878C2 RU 2752878 C2 RU2752878 C2 RU 2752878C2 RU 2019138395 A RU2019138395 A RU 2019138395A RU 2019138395 A RU2019138395 A RU 2019138395A RU 2752878 C2 RU2752878 C2 RU 2752878C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
direction finding
broadband
frequency
received
Prior art date
Application number
RU2019138395A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019138395A (en
RU2019138395A3 (en
Inventor
Артем Николаевич Новиков
Екатерина Евгеньевна Новикова
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
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 КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Priority to RU2019138395A priority Critical patent/RU2752878C2/en
Publication of RU2019138395A publication Critical patent/RU2019138395A/en
Publication of RU2019138395A3 publication Critical patent/RU2019138395A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2752878C2 publication Critical patent/RU2752878C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-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
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-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
    • G01S3/74Multi-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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: radio technology.
SUBSTANCE: invention relates to radio technology and may be used in radio location, radio navigation and radio communication systems for direction finding of broadband signals and determination of azimuth and angular directions to the radiation sources thereof with increased resolution. The method includes broadband antenna radiators enabling broad band signal reception, wherein the operation frequency range of each radiator is partitioned into K equal frequency intervals, in each of K frequency intervals a frequency of ωk is determined, a direction finding relief is generated for said frequency and angles θi and ϕi of each beam of set multi-beam broadband signal is determined by the maximums of the direction finding relief, multi-beam broadband signals are received from these directions and on set frequencies, and for other frequencies of the broadband signals their approximation is conducted by approximation functions and thus the determined broadband signals are retrieved with required accuracy.
EFFECT: possibility of direction finding of broadband radiation sources wherein the angular distance between the sources is lower than the Rayleigh limit.
1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиолокации, радионавигации и радиосвязи для пеленгации широкополосных сигналов и определения с повышенной разрешающей способностью азимутального и углового направлений на источники их излучения.The invention relates to radio engineering and can be used in radar, radio navigation and radio communication systems for direction finding of broadband signals and determination of azimuthal and angular directions with increased resolution to their radiation sources.

Известен способ [1] определения направлений на источники излучения, который заключается в измерении мощности сигнала на выходе направленной приемной антенны при сканировании диаграммой направленности антенны сектора обзора и определении направлений на источники излучения по направлениям оси ДН, соответствующим максимумам значений измеренной мощности.There is a method [1] for determining the directions to radiation sources, which consists in measuring the signal power at the output of a directional receiving antenna when scanning the survey sector with the antenna directional pattern and determining the directions to the radiation sources along the directions of the AP axis corresponding to the maxima of the measured power values.

Недостатком данного способа является то, что точность определения направлений на источники излучения ограничивается шагом изменения направлений оси диаграммы направленности при сканировании сектора обзора, при которых проводятся измерения, а разрешение близко расположенных по угловым координатам точечных источников определяется угловой шириной диаграммы направленности. Также данный способ не позволяет обеспечить пеленгацию широкополосных сигналов, угловое расстояние между источниками которых меньше предела Релея.The disadvantage of this method is that the accuracy of determining the directions to the radiation sources is limited by the step of changing the directions of the directional pattern axis when scanning the viewing sector at which measurements are taken, and the resolution of closely spaced point sources is determined by the angular width of the directional pattern. Also, this method does not allow to provide direction finding of broadband signals, the angular distance between the sources of which is less than the Rayleigh limit.

Известен способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников [2], заключающийся в разбиение сектора обзора на элементы разрешения по направлению, угловая ширина которых определяется требуемыми точностью определения направлений на источники излучения и углом разрешения источников и по величине гораздо меньше, чем угловая ширина диаграмма направленности приемной антенны, и определении направления на источники излучения, как направления элементов разрешения, соответствующих максимумам в полученном при оценивании распределении мощностей источников излучения по элементам разрешения в секторе обзора.There is a known method of determining directions to radiation sources and angular resolution of sources [2], which consists in dividing the viewing sector into resolution elements in a direction, the angular width of which is determined by the required accuracy of determining directions to radiation sources and the angle of resolution of sources and is much smaller in magnitude than the angular width the directional diagram of the receiving antenna, and determining the direction to the radiation sources as the direction of the resolution elements corresponding to the maxima in the power distribution of the radiation sources according to the resolution elements in the viewing sector obtained during the estimation.

Недостатком данного способа является то, что способ не позволяет обеспечить пеленгацию широкополосных сигналов, угловое расстояние между источниками которых меньше предела Релея.The disadvantage of this method is that the method does not provide direction finding of broadband signals, the angular distance between the sources of which is less than the Rayleigh limit.

Известен способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью [3], включающий прием многолучевого сигнала источника акустического или электромагнитного излучения антенной решеткой из N элементов, расположенных равномерно по окружности, и формируют ансамбль сигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, преобразование ансамбля принятых сигналов в цифровые сигналы, формирование пространственной корреляционной матрицы, описывающий амплитуды и фазы взаимных сигналов, принятых элементами решетки, преобразование сигнала пространственной корреляционной матрицы в сигналы собственных значений и собственных векторов, сравнение сигналов собственных значений с порогом и при непревышении порога сигнал соответствующего собственного вектора идентифицируется как сигнал собственного вектора, принадлежащий шумовому подпространству, формирование матрицы сигналов собственных векторов шумового подпространства, формирование двумерного сигнала комплексной фазирующей функции, зависящий от заданной частоты приема и описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника. Используя сформированную матрицу собственных векторов шумового подпространства и сигнал фазирующей функции, формируют сигнал углового спектра, по максимумам сигнала углового спектра определяют азимут и угол места каждого луча принятого многолучевого сигнала. Полученные двумерные пеленги выделенных лучей отображаются на картографическом фоне.There is a known method of direction finding with increased resolution [3], including the reception of a multi-beam signal of a source of acoustic or electromagnetic radiation by an antenna array of N elements located evenly around the circumference, and forming an ensemble of signals that depend on the time and number of the antenna element, converting the ensemble of received signals into digital signals, formation of a spatial correlation matrix, describing the amplitudes and phases of mutual signals received by the array elements, transformation of the signal of the spatial correlation matrix into signals of eigenvalues and eigenvectors, comparison of eigenvalue signals with a threshold and when the threshold is not exceeded, the signal of the corresponding eigenvector is identified as an eigenvector signal belonging to the noise subspace, the formation of the matrix of signals of the eigenvectors of the noise subspace, the formation of a two-dimensional signal of the complex phasing function, depending on a given receiving frequency and describing the possible directions of the signal arrival from each potential source. Using the generated matrix of eigenvectors of the noise subspace and the signal of the phasing function, the signal of the angular spectrum is generated, the azimuth and the elevation angle of each beam of the received multipath signal are determined from the maxima of the signal of the angular spectrum. The obtained two-dimensional bearings of the selected rays are displayed on the cartographic background.

Недостаток данного способа заключается в том, что он может быть реализован только для кольцевой антенной решетки, функционирующей на одной частоте, что ограничивает область его применения.The disadvantage of this method is that it can be implemented only for a ring antenna array operating at one frequency, which limits the scope of its application.

Известен способ [4] пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте, включающий в себя прием сигналов по средствам многоэлементной антенной системы, синхронное преобразование ансамбля принятых сигналов, зависящих от времени и номера элемента антенной системы, в цифровые сигналы, преобразование цифровых сигналов в сигнал амплитудно-фазового распределения, описывающий распределение амплитуд и фаз на элементах антенной системы, формирование из амплитуд комплексных сигналов амплитудно-фазового распределения системы линейных алгебраических уравнений, описывающих амплитуды сигналов, принятых элементами антенной системы. Каждая строка системы линейных алгебраических уравнений представляет собой сумму произведений коэффициентов полинома экспоненциальных функций, при этом каждое последующее уравнение в системе сформированных линейных алгебраических уравнений является сдвигом вправо на одну позицию по отношению к предыдущему уравнению. Затем определяются корни полинома экспоненциальных функций, представляющие собой параметры экспоненциальных функций, посредством параметров экспоненциальных функций с помощью операции логарифмирования и арккосинуса определяют пеленги источников радиоизлучения. Он позволяет получить оценку пеленгов источников радиоизлучения на основе единственного синхронного измерения сигналов на выходах элементов антенной системы, то есть по совокупности комплексных амплитуд сигналов, сформированных на выходах пеленгационных каналов в некоторый момент времени.The known method [4] direction finding of radio emission sources at one frequency, including the reception of signals by means of a multi-element antenna system, synchronous conversion of the ensemble of received signals, depending on the time and number of the element of the antenna system, into digital signals, conversion of digital signals into an amplitude-phase signal distribution, describing the distribution of amplitudes and phases on the elements of the antenna system, the formation of the amplitudes of complex signals of the amplitude-phase distribution of a system of linear algebraic equations describing the amplitudes of the signals received by the elements of the antenna system. Each line of the system of linear algebraic equations is the sum of the products of the coefficients of the polynomial of exponential functions, and each subsequent equation in the system of formed linear algebraic equations is a shift to the right by one position with respect to the previous equation. Then the roots of the polynomial of exponential functions are determined, which are the parameters of exponential functions, by means of the parameters of exponential functions using the operation of logarithm and arccosine, the bearings of radio emission sources are determined. It makes it possible to estimate the bearings of radio emission sources based on a single synchronous measurement of signals at the outputs of the antenna system elements, that is, by the totality of complex signal amplitudes formed at the outputs of the direction finding channels at a certain moment in time.

Недостатком данного способа является значительная вычислительная сложность и невозможность пеленгования широкополосных источников радиоизлучения, угловое расстояние между которыми меньше предела Релея.The disadvantage of this method is the significant computational complexity and impossibility of direction finding broadband radio sources, the angular distance between which is less than the Rayleigh limit.

Известен способ пеленгования источников радиоизлучения [5], включающий в себя вычисление пространственного спектра Фурье сигнала пеленгуемого источника радиоизлучения, принятого элементами двух линейных эквидистантных антенных решеток, причем антенные решетки расположены перпендикулярно друг относительно друга, вычисление комплексно-сопряженного пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами второй линейной эквидистантной антенной решетки, преобразование масштабов обоих вычисленных пространственных спектров пеленгуемого сигнала по логарифмическому закону, выполнение корреляционного анализа и измерение относительного сдвига преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала, оценивание угловой координаты (пеленга) источника сигнала.There is a known method of direction finding radio emission sources [5], which includes calculating the spatial Fourier spectrum of the signal of the direction finding radio emission source received by the elements of two linear equidistant antenna arrays, and the antenna arrays are located perpendicular to each other, calculating the complex-conjugate spatial Fourier spectrum of the direction finding signal received by the elements the second linear equidistant antenna array, transforming the scales of both calculated spatial spectra of the bearing signal according to the logarithmic law, performing correlation analysis and measuring the relative shift of the transformed spatial spectra of the bearing signal, estimating the angular coordinate (bearing) of the signal source.

Недостатком данного способа является низкая точность оценки пеленга источника радиоизлучения и невозможность пеленгации источников радиоизлучения, угловое расстояние между которыми меньше предела Релея.The disadvantage of this method is the low accuracy of the assessment of the bearing of the radio emission source and the impossibility of the direction finding of the radio emission sources, the angular distance between which is less than the Rayleigh limit.

Известен также способ [6] пеленгования с повышенной разрешающей способностью, включающийThere is also known a method [6] direction finding with increased resolution, including

прием сигналов от источников радиоизлучения многоэлементной антенной решеткой xn(t), где n=0, …, N-1 - номер антенного элемента,reception of signals from radio emission sources by a multi-element antenna array x n (t), where n = 0, ..., N-1 is the number of the antenna element,

преобразование принятых сигналов в цифровой вид xn(z), где z - номер цифрового отсчета, формирование из цифровых данных сигнала комплексной ковариационной матрицыconversion of received signals into digital form x n (z), where z is the number of digital sample, formation of a complex covariance matrix from digital signal data

Figure 00000001
Figure 00000001

где Z - общее количество цифровых отсчетов;where Z is the total number of digital samples;

Н - символ комплексного сопряжения и транспонирования;H - symbol of complex conjugation and transposition;

формирование пеленгационного рельефа по формулеformation of direction finding relief according to the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где S(θ, ϕ) - вектор сканирования антенной решетки по углам θ и ϕ;where S (θ, ϕ) is the scanning vector of the antenna array at the angles θ and ϕ;

определение углов θi и ϕi каждого луча принятого многолучевого сигнала по максимумам пеленгационного рельефа Р(θ, ϕ).determination of the angles θ i and ϕ i of each beam of the received multipath signal from the maxima of the direction finding relief P (θ, ϕ).

Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.This method was chosen as a prototype of the proposed solution.

Недостатком данного способа, как и предыдущих аналогов, является невозможность пеленгования широкополосных источников радиоизлучения.The disadvantage of this method, like the previous analogs, is the impossibility of direction finding broadband radio sources.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в возможности пеленгования широкополосных источников радиоизлучения, угловое расстояние между которыми меньше предела Релея.The technical result of the proposed invention lies in the possibility of direction finding of broadband radio sources, the angular distance between which is less than the Rayleigh limit.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе-прототипе пеленгования с повышенной разрешающей способностью, включающем прием сигналов источников электромагнитного излучения антенной решеткой из N элементов, формирование ансамбля сигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронное преобразование ансамбля принятых сигналов в цифровые сигналы, преобразование цифровых сигналов в сигнал комплексной пространственной ковариационной матрицы, описывающий амплитуды и фазы взаимных сигналов, принятых элементами решетки, формирование пеленгационного рельефа, определение углов θi и ϕi каждого луча принятого многолучевого сигнала по максимумам пеленгационного рельефа дополнительно в качестве элементов антенной решетки применены излучатели, позволяющие принимать сигналы в широкой полосе частот, полоса частот каждого излучателя разбита на K одинаковых частотных интервалов, в каждом из K частотных интервалов определена частота ωk, для которой оптимально формируют пеленгационный рельеф и определяют углы θi и ϕi каждого луча принятого многолучевого широкополосного сигнала по максимумам пеленгационного рельефа, принимают с этих направлений и на заданных частотах многолучевые широкополосные сигналы, а для остальных частот широкополосных сигналов производят их аппроксимацию различными аппроксимирующими функциями.The specified technical result is achieved by the fact that in the prototype method of direction finding with increased resolution, including the reception of signals from sources of electromagnetic radiation by an antenna array of N elements, the formation of an ensemble of signals that depend on the time and number of the antenna element, synchronous transformation of the ensemble of received signals into digital signals, conversion of digital signals into a signal of a complex spatial covariance matrix describing the amplitudes and phases of mutual signals received by the array elements, formation of the direction finding relief, determination of the angles θ i and ϕ i of each beam of the received multipath signal from the maxima of the direction finding relief, in addition, emitters are used as elements of the antenna array, allowing to receive signals in a wide frequency band, the frequency band of each radiator is divided into K identical frequency intervals, in each of the K frequency intervals the frequency ω k is determined, for which the bearing relief and determine the angles θ i and ϕ i of each beam of the received multi-beam broadband signal according to the maxima of the bearing relief, multi-beam broadband signals are received from these directions and at given frequencies, and for other frequencies of broadband signals they are approximated by various approximating functions.

На фиг. 1 изображен спектр первого пеленгуемого широкополосного сигнала, приходящего с направления θ1=0°, φ1=0°.FIG. 1 shows the spectrum of the first broadband direction finding signal coming from the direction θ 1 = 0 °, φ 1 = 0 °.

На фиг. 2 изображен спектр второго пеленгуемого широкополосного сигнала, приходящего с направления θ2=40°, φ2=0°.FIG. 2 shows the spectrum of the second broadband direction finding signal coming from the direction θ 2 = 40 °, φ 2 = 0 °.

На фиг. 3 изображен спектр третьего пеленгуемого широкополосного сигнала, приходящего с направления θ3=-21°, φ3=0°.FIG. 3 shows the spectrum of the third broadband direction finding signal coming from the direction θ 3 = -21 °, φ 3 = 0 °.

На фиг. 4 изображен пеленгационный рельеф на частоте 0.7 ω1.FIG. 4 shows the direction finding relief at a frequency of 0.7 ω 1 .

На фиг. 5 изображен пеленгационный рельеф на частоте 2.1 ω1.FIG. 5 shows the direction finding relief at a frequency of 2.1 ω 1 .

На фиг. 6 изображен пеленгационный рельеф на частоте 3.5 ω1.FIG. 6 shows the direction finding relief at a frequency of 3.5 ω 1 .

На фиг. 7 изображен спектр восстановленного широкополосного сигнала при K=2.FIG. 7 shows the spectrum of the reconstructed broadband signal at K = 2.

На фиг. 8 изображен спектр восстановленного широкополосного сигнала при K=8.FIG. 8 shows the spectrum of the reconstructed broadband signal at K = 8.

На фиг. 9 изображен спектр восстановленного широкополосного сигнала при K=32.FIG. 9 shows the spectrum of the reconstructed broadband signal at K = 32.

Способ пеленгации широкополосных сигналов с повышенной разрешающей способностью реализуется следующим образом. Аддитивная смесь широкополосных сигналов (фиг. 1-3), приходящих с различных направлений на различных частотах принимается N антенными элементами антенной решетки. Полоса пропускания каждого из N элементов антенной решетки разделена на K одинаковых частотных интервалов. Для каждого из K частотных интервалов определена частота

Figure 00000003
на которой осуществляется прием сигналов от источников радиоизлучения многоэлементной антенной решеткой xn(t). Далее производится преобразование принятых сигналов в цифровой вид xn(z) и формирование из цифровых данных сигнала комплексной ковариационной матрицы по формуле (1) для каждой частоты ωk. На основе полученной комплексной ковариационной матрицы (1) производится для каждой k-ой частоты частотного диапазона функционирования антенной решетки оптимально формируется пеленгационный рельеф для пеленгации составляющих широкополосных сигналов на данной частоте (фиг. 4-6). Пеленгационный рельеф может строиться как на основе метода Кейпона (2), так и на основе метода «теплового шума», который дает более точное разрешениеThe method for direction finding wideband signals with increased resolution is implemented as follows. An additive mixture of broadband signals (Figs. 1-3) arriving from different directions at different frequencies is received by N antenna elements of the antenna array. The bandwidth of each of the N elements of the antenna array is divided into K equal frequency intervals. For each of the K frequency intervals, the frequency is determined
Figure 00000003
where signals are received from radio emission sources by a multi-element antenna array x n (t). Next, the received signals are converted into digital form x n (z) and the signal is formed from the digital data of the complex covariance matrix according to formula (1) for each frequency ω k . On the basis of the obtained complex covariance matrix (1), for each k-th frequency of the frequency range of operation of the antenna array, the direction finding relief is optimally formed for the direction finding of the components of broadband signals at a given frequency (Figs. 4-6). The direction finding relief can be constructed both on the basis of the Capon method (2), and on the basis of the "thermal noise" method, which gives a more accurate resolution

Figure 00000004
Figure 00000004

По максимумам пеленгационного рельефа Р(θ, ϕ) определяются углы θi и ϕi каждого луча принятого широкополосного сигнала (фиг. 4-6). Далее полученные составляющие широкополосных сигналов аппроксируются различными аппроксимирующими функциями, например, кусочно-постоянной функцией или кусочно-линейной (фиг. 7-9).According to the maxima of the direction finding relief P (θ, ϕ), the angles θ i and ϕ i of each beam of the received broadband signal are determined (Figs. 4-6). Further, the obtained components of wideband signals are approximated by various approximating functions, for example, a piecewise constant function or a piecewise linear function (Figs. 7-9).

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- в случае кусочно-постоянной аппроксимации;where
Figure 00000006
- in the case of piecewise constant approximation;

ωk - среднее значение k-го частотного интервала;ω k is the average value of the k-th frequency interval;

Δ=(ω21)/2;Δ = (ω 21 ) / 2;

ω1, ω2 - левая и правая границы спектра широкополосного сигнала.ω 1 , ω 2 - left and right boundaries of the broadband signal spectrum.

В случае кусочно-линейной аппроксимации выражение (4) примет видIn the case of piecewise linear approximation, expression (4) takes the form

Figure 00000007
Figure 00000007

Число частот K, для которых оптимально рассчитывается пеленгационный рельеф, зависит от требуемой точности восстановления спектра широкополосного сигнала (фиг. 7-9). При этом метод, на основе которого формируется пеленгационный рельеф, играет роль только на первом этапе, когда пеленгуются составляющие широкополосных сигналов.The number of frequencies K for which the direction finding relief is optimally calculated depends on the required accuracy of reconstructing the broadband signal spectrum (Figs. 7-9). In this case, the method on the basis of which the direction finding relief is formed plays a role only at the first stage, when the components of the broadband signals are taken.

Приведенные соотношения описывают общий случай, когда АР формирует ПР для всех сигналов, приходящих с различных направлений, которые охватывает сканирующий вектор, и попадающих в рабочий диапазон частот АР.The above ratios describe the general case when the AA generates a PR for all signals arriving from different directions, which are covered by the scanning vector, and falling into the operating frequency range of the AA.

Таким образом применение в качестве элементов антенной решетки излучателей, позволяющих принимать сигналы в широкой полосе частот, разбиение рабочего диапазона частот каждого излучателя на K одинаковых частотных интервалов, определение в каждом из K частотных интервалов частоты ωk, для которой оптимально формируется пеленгационный рельеф и определяют углы θi и ϕi каждого луча принятого многолучевого широкополосного сигнала по максимумам пеленгационного рельефа, прием с этих направлений и на заданных частотах многолучевых широкополосных сигналов, аппроксимация параметров сигналов различными аппроксимирующими функциями для остальных частот широкополосных сигналов позволило достичь технического результата, заключающегося в возможности пеленгования широкополосных источников радиоизлучения, угловое расстояние между которыми меньше предела Релея.Thus, the use of emitters as elements of the antenna array, allowing to receive signals in a wide frequency band, dividing the operating frequency range of each emitter into K identical frequency intervals, determining in each of the K frequency intervals the frequency ω k , for which the direction finding relief is optimally formed and the angles θ i and ϕ i of each beam of the received multi-beam broadband signal according to the maxima of the direction finding relief, reception from these directions and at given frequencies of multi-beam broadband signals, the approximation of signal parameters by various approximating functions for the remaining frequencies of broadband signals made it possible to achieve a technical result consisting in the possibility of direction finding of broadband sources radio emissions, the angular distance between which is less than the Rayleigh limit.

ЛитератураLiterature

1. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Пер. с англ. - М., «Сов. радио», 1978. Т. 1, с. 17.1. Handbook of radar. Ed. M. Skolnik. Per. from English. - M., "Sov. radio ", 1978. T. 1, p. 17.

2. Патент RU №2392634, 2010 г.2. Patent RU No. 2392634, 2010

3. Патент US №6567034, 2003 г.3. US patent No. 6567034, 2003

4. Патент RU №2380719, 2010 г.4. Patent RU No. 2380719, 2010

5. Патент RU №2192651, 2002 г.5. Patent RU No. 2192651, 2002

6. Кейпон Дж. Пространственно-временной спектральный анализ с высоким разрешением // ТИИЭР, 1969. Т. 57, №8. С. 59-69.6. Keypon J. High-resolution spatial-temporal spectral analysis // TIIER, 1969. V. 57, no. S. 59-69.

Claims (1)

Способ пеленгации широкополосных сигналов с повышенной разрешающей способностью, заключающийся в том, что принимают сигналы источников электромагнитного излучения антенной решеткой из N элементов, формируют ансамбль сигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в цифровые сигналы, преобразуют цифровые сигналы в сигнал комплексной пространственной ковариационной матрицы, описывающий амплитуды и фазы взаимных сигналов, принятых элементами решетки, формируют пеленгационный рельеф, определяют углы θi и ϕi каждого луча принятого многолучевого сигнала по максимумам пеленгационного рельефа, отличающийся тем, что в качестве элементов антенной решетки применяют излучатели, позволяющие принимать сигналы в широкой полосе частот, рабочий диапазон частот каждого излучателя разбивают на K одинаковых частотных интервалов, в каждом из K частотных интервалов определяют частоту ωk, для которой формируют пеленгационный рельеф и определяют углы θi и ϕi каждого луча принятого многолучевого широкополосного сигнала по максимумам пеленгационного рельефа, принимают с этих направлений и на заданных частотах многолучевые широкополосные сигналы, а для остальных частот широкополосных сигналов производят их аппроксимацию кусочно-постоянной или кусочно-линейной аппроксимирующими функциями.A method for direction finding broadband signals with increased resolution, which consists in receiving signals from sources of electromagnetic radiation by an antenna array of N elements, forming an ensemble of signals that depend on time and the number of an antenna element, synchronously converting the ensemble of received signals into digital signals, converting digital signals into the signal of the complex spatial covariance matrix, which describes the amplitudes and phases of the mutual signals received by the array elements, forms a direction finding relief, determines the angles θ i and ϕ i of each beam of the received multipath signal from the maxima of the direction finding relief, characterized in that emitters are used as elements of the antenna array, allowing to receive signals in a wide frequency band, the operating frequency range of each emitter is divided into K identical frequency intervals, in each of the K frequency intervals the frequency ω k is determined, for which the direction finding relief is formed and the angles θ i and ϕ i of each beam of the received multi-beam broadband signal according to the maxima of the direction finding relief, receive multi-beam broadband signals from these directions and at given frequencies, and for the remaining frequencies of broadband signals, they are approximated by piecewise constant or piecewise linear approximating functions.
RU2019138395A 2019-11-27 2019-11-27 Method of direction finding for broadband signals with increased resolution RU2752878C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138395A RU2752878C2 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Method of direction finding for broadband signals with increased resolution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138395A RU2752878C2 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Method of direction finding for broadband signals with increased resolution

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019138395A RU2019138395A (en) 2021-05-27
RU2019138395A3 RU2019138395A3 (en) 2021-05-27
RU2752878C2 true RU2752878C2 (en) 2021-08-11

Family

ID=76033602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019138395A RU2752878C2 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Method of direction finding for broadband signals with increased resolution

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2752878C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777692C1 (en) * 2021-06-28 2022-08-08 Артем Николаевич Новиков Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116819429B (en) * 2023-06-30 2024-02-27 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 Weak signal direction finding method combined with time domain snapshot detection

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6567034B1 (en) * 2001-09-05 2003-05-20 Lockheed Martin Corporation Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location
US6894642B2 (en) * 2003-10-01 2005-05-17 University Of Florida Research Foundation, Inc. Doubly constrained robust capon beamformer
RU2392634C1 (en) * 2009-05-18 2010-06-20 Марина Витальевна Самойленко Method for definition of directions to radiation sources and angular discrimination of sources
RU2491569C2 (en) * 2010-03-25 2013-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of direction finding with increased resolution ability
RU2517365C2 (en) * 2012-07-04 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Method of detecting and finding direction of radio-frequency sources at one frequency
WO2014129150A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 パナソニック株式会社 Radar device
CN104502896A (en) * 2014-12-31 2015-04-08 电子科技大学 Robust interference-plus-noise covariance matrix reconstruction method
RU2655664C1 (en) * 2017-05-10 2018-05-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) Method for detecting objects in active location
CN109541552A (en) * 2018-12-27 2019-03-29 天津职业技术师范大学 The Adaptive beamformer method and system of radar antenna array
RU2684275C1 (en) * 2018-06-26 2019-04-05 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method for improving resolution of correlation methods of direction finding

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6567034B1 (en) * 2001-09-05 2003-05-20 Lockheed Martin Corporation Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location
US6894642B2 (en) * 2003-10-01 2005-05-17 University Of Florida Research Foundation, Inc. Doubly constrained robust capon beamformer
RU2392634C1 (en) * 2009-05-18 2010-06-20 Марина Витальевна Самойленко Method for definition of directions to radiation sources and angular discrimination of sources
RU2491569C2 (en) * 2010-03-25 2013-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of direction finding with increased resolution ability
RU2517365C2 (en) * 2012-07-04 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Method of detecting and finding direction of radio-frequency sources at one frequency
WO2014129150A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 パナソニック株式会社 Radar device
CN104502896A (en) * 2014-12-31 2015-04-08 电子科技大学 Robust interference-plus-noise covariance matrix reconstruction method
RU2655664C1 (en) * 2017-05-10 2018-05-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) Method for detecting objects in active location
RU2684275C1 (en) * 2018-06-26 2019-04-05 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method for improving resolution of correlation methods of direction finding
CN109541552A (en) * 2018-12-27 2019-03-29 天津职业技术师范大学 The Adaptive beamformer method and system of radar antenna array

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕГОРОВ В.А., КОНДЫБАЕВ Н.С., САПРЫКИН А.А. Использование метода Кейпона для нахождения координат источников излучения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. - Том 10. - N 5. - С. 3-7. *
ЕГОРОВ В.А., КОНДЫБАЕВ Н.С., САПРЫКИН А.А. Использование метода Кейпона для нахождения координат источников излучения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. - Том 10. - N 5. - С. 3-7. ЯНУШКЕВИЧ В.Ф., БЕЗДЕЛЬ А.О. Сверхразрешение источников излучения на основе метода Кейпона // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. - 2013. - N 12. - С. 34-38. *
ЯНУШКЕВИЧ В.Ф., БЕЗДЕЛЬ А.О. Сверхразрешение источников излучения на основе метода Кейпона // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. - 2013. - N 12. - С. 34-38. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777692C1 (en) * 2021-06-28 2022-08-08 Артем Николаевич Новиков Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference
RU2788079C1 (en) * 2022-02-10 2023-01-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for direction finding of radio emission sources
RU2791285C1 (en) * 2022-07-04 2023-03-07 Евгений Александрович Бабушкин Direction finding method for radiation sources based on the analysis of the correlation matrix of signals in the phased antenna array radar stations with spatial excitation and a digital output feed system
RU2814220C1 (en) * 2023-07-04 2024-02-28 Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" (ООО "СТЦ") Method of detecting and evaluating characteristics of wideband signals and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019138395A (en) 2021-05-27
RU2019138395A3 (en) 2021-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109581352B (en) Super-resolution angle measurement system based on millimeter wave radar
US11454702B2 (en) Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar device
CN108459307B (en) Clutter-based MIMO radar transmit-receive array amplitude-phase error correction method
US10523288B2 (en) Wireless receiver, wireless receiving method, and wireless system
CN104898119B (en) A kind of moving target parameter estimation method based on correlation function
US20200025855A1 (en) Method and apparatus for providing a passive transmitter based synthetic aperture radar
CN113126087B (en) Space-borne interference imaging altimeter antenna
JP2013174498A (en) Monopulse angle measurement apparatus and monopulse angle measurement method
JP2010286403A (en) Angle measuring system, monopulse angle measuring system, monopulse radar, multistatic radar
CN109188019A (en) Tri-dimensional wind speed wind direction measurement method based on multiple signal classification algorithm
CN111007503A (en) Moving target focusing and positioning method and system based on frequency spectrum accurate positioning
RU2546330C1 (en) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
US11977152B2 (en) Direction finding technique in radar array signal processing
RU2752878C2 (en) Method of direction finding for broadband signals with increased resolution
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
Hashimoto et al. Adaptive sidelobe cancellation technique for atmospheric radars containing arrays with nonuniform gain
RU2623831C1 (en) Method of passive determining coordinates of moving radiation source
CN112180368A (en) Data processing method, device, system and storage medium
RU2527943C1 (en) Method of processing signals during multichannel phase-based direction-finding of short-wave radio sources
CN115166683A (en) Vector displacement estimation MIMO array radar system and data processing method thereof
Myakinkov et al. Space-time processing in three-dimensional forward scattering radar
CN110231590B (en) Array target angle measurement method based on DFT (discrete Fourier transform)
Wang et al. A Novel Adaptive Digital Beamforming Method Based on Beam-Space Phase-Center Cross-Correlation
RU2686113C1 (en) Method of amplitude two-dimensional direction-finding
CN108845298B (en) Adaptive beam forming method based on clutter mapping