RU2791285C1 - Способ пеленгации источников излучения, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов, в радиолокационных станциях с фазированной антенной решеткой с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом - Google Patents
Способ пеленгации источников излучения, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов, в радиолокационных станциях с фазированной антенной решеткой с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791285C1 RU2791285C1 RU2022118100A RU2022118100A RU2791285C1 RU 2791285 C1 RU2791285 C1 RU 2791285C1 RU 2022118100 A RU2022118100 A RU 2022118100A RU 2022118100 A RU2022118100 A RU 2022118100A RU 2791285 C1 RU2791285 C1 RU 2791285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation sources
- correlation matrix
- analysis
- signals
- digital output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использоваться в радиолокационных системах (РЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР) с пространственным возбуждением для пеленгации источников излучения с повышенной разрешающей способностью. Технический результат состоит в повышении точности определения пеленга источников излучения. Для этого на элементах системы облучателей вводят фазовое распределение, которое компенсирует искажение фазового фронта электромагнитной волны источника излучения, возникающее из-за разности хода волн от каждого элемента АР до каждого облучателя и наличия фазового распределения на элементах ФАР. 5 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР) с пространственным возбуждением для пеленгации источников излучения с повышенной разрешающей способностью.
Известен способ [1 – Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Пер. с англ. – М., Сов. Радио, 1978. Т. 1, с. 17] определения пеленга источника излучения, который заключается в измерении мощности сигнала на выходе ФАР при сканировании диаграммой направленности (ДН) антенны сектора обзора и определении направления на источники излучения по направлениям оси ДН, соответствующим максимумам значений измеренной мощности.
Недостатком данного способа является то, что разрешающая способность и точность пеленгации источника излучения определяется шириной ДН, и для достижения высокой точности требуется просканировать весь сектор обзора узконаправленным лучом, что требует значительных временных затрат, обусловленных необходимостью перефазировки элементов антенной решетки (АР) для отклонения луча.
Известен способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников [2 – Способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников RU2392634C1 2010], обладающий более высокой точностью и разрешающей способностью, заключающийся в разбиении сектора обзора на элементы разрешения по направлению, угловая ширина которых определяется требуемыми точностью определения направлений на источники излучения и углом разрешения источников по величине гораздо меньше, чем угловая ширина диаграммы направленности приемной антенны, и определении направления на источники излучения, как направления на элементы разрешения, соответствующих максимумам в полученном при распределении мощностей источников излучения по элементам разрешения в секторе обзора.
Недостатком данного способа являются высокие временные затраты для обеспечения достаточной точности определения источников излучения, обусловленные необходимостью многократной перефазировки элементов АР для отклонения луча.
Известен способ пеленгования источника сигнала [3 – Способ пеленгования источника сигнала RU2192651С2 2002], включающий в себя вычисление пространственного спектра Фурье сигнала пеленгуемого источника радиоизлучения, принятого элементами двух линейных эквидистантных АР, причем АР расположены перпендикулярно друг относительно друга, вычисление комплексно-сопряженного пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами второй линейной эквидистантой АР, преобразование масштабов обоих вычисленных пространственных спектров пеленгуемого сигнала по логарифмическому закону, выполнение корреляционного анализа и измерение относительного сдвига преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала, оценивание пеленга источника сигнала.
Недостатком данного способа является низкая точность оценки пеленга источника радиоизлучения и требование наличия двух ортогональных АР.
Известны способы пеленгации, основанные на анализе корреляционной матрицы сигналов, обладающие высокой точностью и требующие временных затрат, определяемых вычислительными возможностями техники. Например, способ [4 – Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location US 2003/0085832 A1] подразумевает:
1. Прием W-элементной цифровой АР сигнала электромагнитного излучения, формирующих комплексную матрицу сигналов где w – номер элемента цифровой АР, z – номер временного отсчета.
2. Вычисление по комплексной матрице принятых сигналов корреляционной матрицы по формуле:
где Z – общее число цифровых отсчетов, Н – символ комплексного сопряжения и транспонирования.
3. Определение собственных векторов E корреляционной матрицы R.
где – вектор гипотеза, θ, ε – азимут и угол места соответственно, j – мнимая единица, k – волновое число, – вектор координат элементов АР.
Подобный ему способ пеленгации, описанный в [5 – Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках [Текст]/ Ратынский М.В. – М.: Радио и связь, 2004.] отличается только пунктами 3 и 4 вместо выполнения которых осуществляется построение пеленгационного рельефа по формуле:
Последние были выбраны в качестве прототипов, однако способы, основанные на анализе корреляционной матрицы сигналов, обладают недостатками, которые заключаются в том, что они чувствительны к наличию амплитудно-фазовых ошибок в каналах обработки и применимы только к АР с цифровой обработкой сигналов в каждом элементе решетки, то есть не применимы к ФАР с пространственным возбуждением.
В условиях использования системы из нескольких облучателей с цифровым выходом в ФАР с пространственным возбуждением (фиг. 1), способы-прототипы применить возможно, однако сопутствующие этому амплитудно-фазовые искажения сигналов в каналах приведут к низкой разрешающей способности и точности определения пеленга источников изучения которая определяется шириной максимума пеленгационного рельефа (фиг. 2).
Технической задачей, на решение которой направленно предлагаемое изобретение, является повышение точности пеленгации источников излучения в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом за счет уменьшения амплитудно-фазовых искажений сигнала в каналах обработки.
Для решения поставленной задачи разработан способ пеленгации источников излучения, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов, в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом.
Разработанный способ основан на введении в системе из нескольких облучателей фазового распределения, которое компенсирует искажение фазового фронта электромагнитной волны источника излучения при прохождении ФАР, возникающего из-за разности хода волн от каждого элемента АР до каждого облучателя и наличия фазового распределения на элементах ФАР. Величина компенсирующего фазового распределения на элементах системы облучателей для случая одной угловой координаты (одномерного случая), определяется формулой:
где – вектор, характеризующий компенсирующее фазовое распределение на элементах системы облучателей, – вектор координат облучателей (фиг. 1), – вектор, характеризующий фазовое распределение на элементах ФАР, i – номер элемента ФАР, p – номер облучателя, P – количество облучателей, N – количество элементов ФАР, – расстояние от облучателя до сечения ФАР.
На фиг. 2 и 3 представлены пеленгационые рельефы для различных значений отношения сигнал шум, полученные для случаев отсутствия фазового распределения μ и при его применении соответственно. Сравнение пеленгационных рельефов на этих графиках показывает более высокое качество в случае применения фазового распределения μ на элементах системы облучателей.
Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и аналогов-прототипов показал, что заявленный способ отличается тем, что выполняется дополнительная операция, выполняемая между пунктами 1 и 2 способов-прототипов, заключающаяся в введении фазового распределения в системе облучателей и обеспечивающая уменьшение фазовых искажений сигналов в каналах обработки.
Техническим результатом является повышение точности определения направления на источники излучения при использовании способов пеленгации, основанных на анализе корреляционной матрицы сигналов, в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом.
Таким образом, заявляемое изобретение не известно из уровня техники, а также отсутствуют источники, в которых были бы представлены способы, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое изобретение от способов-прототипов, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемого изобретения, в связи с чем можно считать, что оно обладает существенными отличиями.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг. 1 – ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом.
Фиг. 2 – Пеленгационный рельеф для источника излучения с направления 10° при различных отношениях сигнал шум, полученный при применении способов-прототипов пеленгации, основанных на анализе корреляционной матрицы сигналов в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом.
Фиг. 3 – Пеленгационный рельеф для источника излучения с направления 10° при различных отношениях сигнал шум, полученный при применении заявленного способа пеленгации, основанного на анализе корреляционной матрицы сигналов в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом, отличающегося введением компенсирующего фазового распределения μ.
Фиг. 4 – Пояснение принципа компенсации амплитудно-фазовых искажений в ФАР с пространственным возбуждением и решеткой из облучателей с цифровым выходом.
Фиг. 5 – Устройство, реализующее способ пеленгации источников излучения, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов, в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для достижения технического результата, необходимо уменьшить амплитудно-фазовые искажения приемных каналов, возникающие при использовании системы облучателей с цифровым выходом.
Рассмотрим характеристику направленности ФАР и p-го облучателя для одномерного случая, которая в направлении на источник s имеет вид:
где N – количество элементов ФАР, - направление на s-й источник излучения, – значение амплитуды сигнала в i-м элементе ФАР принимаемое p-м каналом, – значение фазы поля в i-м элементе ФАР, характеризующее фазовое распределение на элементах ФАР, – координата p-го облучателя, – координата i-го элемента ФАР, – значение квадратичного фазового набега в p-м канале, возникающего из-за разности хода волн между p-м облучателем и i-м элементом ФАР.
Значение комплексной огибающей сигналов в p-м канале выражается:
где – значение комплексной огибающей сигнала, создаваемого s-м источником, – значение собственного шума в p-м канале, s – номер источника излучения, S – количество источников излучения.
Анализ выражений 5 и 6 показывает, что разность фаз комплексной огибающей сигнала от источника s в каналах состоит из трех составляющих:
1. информативной составляющей, содержащий сведения о пеленге на источник излучения и представляющий собой линейный фазовый набег на элементах ФАР, возбуждаемый плоским фронтом электромагнитной волны
2. неинформативной составляющей, представляющей собой квадратичный фазовый набег, возникающий из-за разности хода волн между p-м облучателем и i-м элементом
Наличие 2-й и 3-й составляющих искажают фазовый фронт электромагнитной волны, который перестает быть плоским, а отличие фазового фронта от плоского снижает как разрешающую способность, так и точность пеленгации источников излучения, основанных на анализе корреляционной матрицы сигналов. Таким образом, для повышения разрешающей способности и точности пеленгации требуется уменьшить фазовые искажения, вносимые квадратичным фазовым набегом и наличием фазового распределения Этого можно добиться путем введения компенсирующего фазового распределения на решетке из облучателей равного по величине сумме квадратичного набега фаз и фазового распределения но обратного им по знаку. Принцип компенсации поясняется на фиг. 4. Тогда выражение 6 преобразуется к виду:
Таким образом, способ пеленгации источников излучения, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом включает следующие операции:
– прием сигнала ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом;
– вычисление корреляционной матрицы сигналов R;
– вычисление пеленгационного рельефа Q(θ);
– определение угловых координат источников излучения по максимумам пеленгационного рельефа.
Устройство, реализующее данный способ пеленгации источников излучения, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов в РЛС с ФАР с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом представлено на фиг. 5.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Пер. с англ. – М., Сов. Радио, 1978. Т. 1, с. 17.
2. Способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников RU2392634C1, 2010.
3. Способ пеленгования источника сигнала RU2192651С2, 2002.
4. Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location US 2003/0085832 A1.
5. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках [Текст]/ Ратынский М.В. – М.: Радио и связь, 2004.
Claims (1)
- Способ пеленгации источников излучения в радиолокационных станциях с фазированной антенной решеткой (ФАР) с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов, заключающийся в том, что принимают сигналы системой облучателей с цифровым выходом ФАР, которые представляются в виде комплексной матрицы сигналов, по которой вычисляют корреляционную матрицу, на основании анализа корреляционной матрицы выполняют построение пеленгационного рельефа, на котором вычисляют положения максимумов рельефа, по которым осуществляют определение угловых координат источников излучения, отличающийся тем, что перед вычислением корреляционной матрицы на элементах системы облучателей ФАР вводят фазовое распределение, компенсирующее искажение фазового фронта электромагнитной волны источника излучения, вносимого разностью хода волн от каждого элемента ФАР до каждого облучателя и фазовым распределением на элементах ФАР.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2791285C1 true RU2791285C1 (ru) | 2023-03-07 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5361073A (en) * | 1975-06-26 | 1994-11-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Determination of jammer range and azimuth by use of a coherent side lobe canceller system |
US6567034B1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-05-20 | Lockheed Martin Corporation | Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location |
WO2006114426A1 (fr) * | 2005-04-26 | 2006-11-02 | Thales | Dispositif et procede de localisation passive de cibles rayonnantes |
RU2517365C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-05-27 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ обнаружения и пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте |
RU2713188C1 (ru) * | 2019-06-24 | 2020-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Технологии и системы радиомониторинга" | Способ однопозиционного определения координат источников радиоизлучений коротковолнового диапазона радиоволн при ионосферном распространении |
RU2752878C2 (ru) * | 2019-11-27 | 2021-08-11 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ пеленгации широкополосных сигналов с повышенной разрешающей способностью |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5361073A (en) * | 1975-06-26 | 1994-11-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Determination of jammer range and azimuth by use of a coherent side lobe canceller system |
US6567034B1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-05-20 | Lockheed Martin Corporation | Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location |
WO2006114426A1 (fr) * | 2005-04-26 | 2006-11-02 | Thales | Dispositif et procede de localisation passive de cibles rayonnantes |
RU2517365C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-05-27 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ обнаружения и пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте |
RU2713188C1 (ru) * | 2019-06-24 | 2020-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Технологии и системы радиомониторинга" | Способ однопозиционного определения координат источников радиоизлучений коротковолнового диапазона радиоволн при ионосферном распространении |
RU2752878C2 (ru) * | 2019-11-27 | 2021-08-11 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ пеленгации широкополосных сигналов с повышенной разрешающей способностью |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10539645B2 (en) | Angle of arrival estimation | |
US9207313B2 (en) | MIMO angle estimation with simultaneous mainlobe jammer cancellation | |
US6697009B2 (en) | Adaptive digital beamforming architecture for target detection and angle estimation in multiple mainlobe and sidelobe jamming | |
US7319427B2 (en) | Frequency diverse array with independent modulation of frequency, amplitude, and phase | |
US7511665B2 (en) | Method and apparatus for a frequency diverse array | |
US8928522B2 (en) | Radar device | |
US20130002488A1 (en) | Wideband beam forming device; wideband beam steering device and corresponding methods | |
Li et al. | Location and imaging of moving targets using nonuniform linear antenna array SAR | |
CN110673086A (zh) | 一种基于数字阵列雷达的二维角度超分辨方法 | |
CA2082692A1 (en) | Adaptive digital beamforming architecture and algorithm for nulling mainlobe and multiple sidelobe radar jammers while preserving monopulse ratio angle estimation accuracy | |
JP5554018B2 (ja) | 測角装置、モノパルス測角装置、モノパルスレーダ、マルチスタティックレーダ | |
CN110412570B (zh) | 基于空间脉冲相位编码的hrws-sar成像方法 | |
CN110426670B (zh) | 基于tls-cs的外辐射源雷达超分辨doa估计方法 | |
CN103558584B (zh) | 一种波达方向的检测方法及装置 | |
CN117310707B (zh) | 一种方位多通道星载sar在轨方位向方向图提取方法 | |
CN106855619B (zh) | 一种获取mimo成像雷达系统各方向的分辨率的方法 | |
CN107942295A (zh) | 一种前视阵列sar系统的稀疏天线 | |
Kikuchi et al. | Application of adaptive digital beamforming to Osaka University phased array weather radar | |
CN117459176A (zh) | 数字相控阵天线多方向的噪声调制方法 | |
CN109188373B (zh) | 基于子阵阻塞矩阵预处理的抗主瓣干扰方法 | |
Hashimoto et al. | Adaptive sidelobe cancellation technique for atmospheric radars containing arrays with nonuniform gain | |
RU2791285C1 (ru) | Способ пеленгации источников излучения, основанный на анализе корреляционной матрицы сигналов, в радиолокационных станциях с фазированной антенной решеткой с пространственным возбуждением и системой облучателей с цифровым выходом | |
CN111257863B (zh) | 一种高精度多点线性约束的自适应单脉冲测向方法 | |
Kurganov | Antenna array complex channel gain estimation using phase modulators | |
RU2516683C9 (ru) | Способ цифрового формирования диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки при излучении и приеме линейно-частотно-модулированного сигнала |