RU2801362C1 - Single-position difference-range method for determining the motion parameters of a radio emission source of linear-frequency-modulated signals - Google Patents
Single-position difference-range method for determining the motion parameters of a radio emission source of linear-frequency-modulated signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801362C1 RU2801362C1 RU2022121361A RU2022121361A RU2801362C1 RU 2801362 C1 RU2801362 C1 RU 2801362C1 RU 2022121361 A RU2022121361 A RU 2022121361A RU 2022121361 A RU2022121361 A RU 2022121361A RU 2801362 C1 RU2801362 C1 RU 2801362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- res
- signals
- coordinates
- frequency
- difference
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к пассивной радиолокации и может быть использовано для обнаружения и определения параметров движения источников радиоизлучений (ИРИ) с линейно - частотной модуляцией (ЛЧМ).The invention relates to the field of radio engineering, in particular to passive radar and can be used to detect and determine the motion parameters of radio emission sources (RES) with linear frequency modulation (chirp).
Известен способ (аналог) определения текущих координат ИРИ в однопозиционном приемном пункте (ПП) [Берлинских Л.Н., Войнов Д.С., Лихачев В.П., Уткин В.В. Идентификация и определение местоположения источников радиоизлучения сети WIMAX в многопозиционной радиотехнической системе разностно-дальномерным способом. Телекоммуникации. 2016. №7. С. 19-24], заключающегося в реализации разностно-дальномерного способа с использованием боковых мнимых приемных пунктов (под боковыми мнимыми приемными пунктами (ПП) понимаются элементы местности и местные естественные или антропогенные объектов преимущественного переотражения сигналов ИРИ, на которые направляются дополнительные приемные антенны). В трех приемных каналах с учетом известного расстояния между ПП и двумя мнимыми ПП измеряется относительное запаздывание сигналов (координатно-информативный параметр), принимаемых антенной ПП, направленной в сторону ИРИ, и двумя антеннами, направленными на мнимые боковые приемные пункты, и нахождении линий положения (ЛП) ИРИ (гипербол), а также вычислении координат точки пересечения ЛП.There is a method (analogue) for determining the current coordinates of the RRI in a single-position receiving point (PP) [Berlinskikh L.N., Voynov D.S., Likhachev V.P., Utkin V.V. Identification and determination of the location of sources of radio emission of the WIMAX network in a multi-position radio engineering system using a difference-range method. Telecommunications. 2016. No. 7. P. 19-24], which consists in the implementation of a difference-range method using lateral imaginary receiving points (side imaginary receiving points (RP) are understood to be elements of the terrain and local natural or anthropogenic objects of predominant re-reflection of RES signals, to which additional receiving antennas are directed) . In three receiving channels, taking into account the known distance between the receiver and two imaginary receivers, the relative delay of the signals (coordinate-informative parameter) received by the receiver antenna directed towards the RS and two antennas directed to the imaginary lateral receiving points is measured, and finding the position lines ( LP) IRI (hyperbola), as well as calculating the coordinates of the LP intersection point.
Недостаток способа заключается в ограниченных функциональных возможностях по определению параметров движения ИРИ линейно-частотно-модулированных сигналов.The disadvantage of this method lies in the limited functionality to determine the motion parameters of RES of linear-frequency-modulated signals.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов (прототип) [Лихачев В.П., Нгуен Х.Ф. Определение координат источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов однопозиционным разностно-дальномерным способом // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76. №1. С. 59-68], основанный на автокорреляционной обработке ЛЧМ сигналов в каждом из трех приемных каналах, определении относительного запаздывания сигналов на разностной частоте с учетом известного расстояния между ПП и двумя мнимыми ПП с последующим вычислением координат точки пересечения ЛП.The closest in technical essence to the claimed method is a difference-range method for determining the coordinates of the source of radio emission of linear-frequency-modulated signals (prototype) [Likhachev V.P., Nguyen H.F. Determination of the coordinates of the source of radio emission of linear-frequency-modulated signals by a single-position difference-range method // Successes of modern radio electronics. 2022. V. 76. No. 1. P. 59-68], based on the autocorrelation processing of chirp signals in each of the three receiving channels, determining the relative delay of signals at the difference frequency, taking into account the known distance between the RP and two imaginary RPs, followed by calculating the coordinates of the LP intersection point.
Недостатками способа являются ограниченные функциональные возможности по определению параметров движения ИРИ.The disadvantages of this method are the limited functionality for determining the parameters of the movement of the IRI.
Технический результат данного изобретения состоит в расширении функциональных возможностей за счет определения параметров движения (линейной скорости и курсового угла) ИРИ линейно-частотно-модулированных сигналов.The technical result of this invention is to expand the functionality by determining the motion parameters (linear speed and heading angle) of the RES of linear-frequency-modulated signals.
Технический результат достигается чем, что в известном способе, заключающемся в направлении одной антенны на ИРИ и двух дополнительных антенн, установленных на приемном пункте (ПП), на два боковых мнимых приемных пункта с известными координатами - на элементы местности преимущественного переотражения сигналов ИРИ, приеме сигналов ИРИ тремя приемными устройствами, полосовой фильтрации принятых сигналов на несущей частоте, задержке каждого принятого сигнала, перемножении принятых сигналов и их задержанных копий, полосовой фильтрации на разностной частоте, оценке значений разностных частот сигналов в трех приемных каналах ƒpl, ƒp2 и ƒp3, вычислении разностей времени прихода сигналов ИРИ относительно друг друга на разностных частотах в трех приемных каналах с учетом времени прохождения сигналами, переотраженными мнимыми боковыми ПП, известных расстояний между ПП и боковыми мнимыми ПП, составлении системы уравнений линий положения ИРИ - гипербол, определении координат ИРИ путем вычисления координат точки пересечения линий положения (вычисления действительного корня системы уравнений линий положения), согласно изобретению, производят идентификацию сигналов в трех приемных каналах по равенству их разностных частот, на фиксированном интервале времени усредняют оценки координат ИРИ для не менее двух моментов времени, определяют линейную скорость и курсовой угол движения ИРИ по его усредненным координатам.The technical result is achieved than in a known method, which consists in directing one antenna to the IRI and two additional antennas installed at the receiving point (RP), to two lateral imaginary receiving points with known coordinates - to the elements of the area of preferential re-reflection of the IRI signals, signal reception IRS by three receivers, bandpass filtering of received signals at a carrier frequency, delay of each received signal, multiplication of received signals and their delayed copies, bandpass filtering at difference frequency, estimation of difference frequency values of signals in three receiving channels ƒ pl , ƒ p2 and ƒ p3 , calculating the differences in the time of arrival of RES signals relative to each other at difference frequencies in three receiving channels, taking into account the time of passage of signals re-reflected by imaginary lateral PPs, the known distances between the PP and lateral imaginary PPs, compiling a system of equations for RES position lines - hyperbolas, determining the coordinates of RES by calculating coordinates of the point of intersection of the lines of position (calculation of the real root of the system of equations of the lines of position), according to the invention, the signals in three receiving channels are identified by the equality of their difference frequencies, the estimates of the coordinates of the RES for at least two points in time are averaged over a fixed time interval, the linear speed is determined and heading angle of RES movement according to its averaged coordinates.
Сущность изобретения заключается в том, что после оценки значений разностных частот выходных сигналов производят идентификацию сигналов на выходах трех приемных каналов по совпадению с заданной точностью разностных частот максимумов их амплитудно-частотных спектров, на фиксированном интервале времени усредняют оценки координат ИРИ для не менее двух моментов времени и по ним дополнительно определяют линейную скорость и курсовой угол движения ИРИ.The essence of the invention lies in the fact that after evaluating the values of the difference frequencies of the output signals, the signals at the outputs of the three receiving channels are identified by coincidence with the specified accuracy of the difference frequencies of the maxima of their amplitude-frequency spectra, on a fixed time interval, the estimates of the RES coordinates are averaged for at least two points in time and they additionally determine the linear speed and heading angle of the RES.
При отсутствии ЛЧМ сигнала в одном, двух или всех трех приемных каналах с автокорреляционной обработкой амплитудно-частотные спектры шумов на их выходах имеют составляющие на всех разностных частотах, которые могут быть приняты за полезный сигнал ИРИ. Для исключения данного случая производят идентификацию сигналов на выходах приемных каналов по совпадению с заданной точностью разностных частот максимумов их амплитудно-частотных спектров ƒpl, ƒp2 и ƒp3. Точность совпадения разностных частот максимумов их амплитудно-частотных спектров ƒpl, ƒp2 и ƒp3 задается как величина, обратная длительности одного наблюдения ИРИ при определении его координат способом-прототипом.In the absence of a chirp signal in one, two or all three receiving channels with autocorrelation processing, the amplitude-frequency noise spectra at their outputs have components at all difference frequencies that can be taken as a useful RES signal. To exclude this case, the signals at the outputs of the receiving channels are identified by coincidence with the specified accuracy of the difference frequencies of the maxima of their amplitude-frequency spectra ƒ pl , ƒ p2 and ƒ p3 . The coincidence accuracy of the difference frequencies of the maxima of their amplitude-frequency spectra ƒ pl , ƒ p2 and ƒ p3 is set as the reciprocal of the duration of one observation of RES when determining its coordinates by the prototype method.
Затем определяют координаты ИРИ ЛЧМ сигналов, которые вычисляются как координаты точки пересечения линий положения, аналогично тому, как это делается в прототипе. Для I≥2 моментов времени получают оценки координат ИРИ путем усреднения m значений координат ИРИ, полученных на фиксированном интервале времени (на i-м интервале усреднения):Then determine the coordinates of the IRI chirp signals, which are calculated as the coordinates of the point of intersection of the position lines, similar to how it is done in the prototype. For I≥2 time points, estimates of the coordinates of the RRI are obtained by averaging m values of the coordinates of the RRI obtained over a fixed time interval (at the i-th averaging interval):
где - номер интервала усреднения; m - количество принимаемых сигналов ИРИ за фиксированный интервал времени (за один интервал усреднения); xij, yij - координаты ИРИ, определенные после приема j-го сигнала на i-м интервале усреднения; xi, yi - средние значения координаты ИРИ.Where - averaging interval number; m is the number of received RES signals for a fixed time interval (for one averaging interval); x ij , y ij - RES coordinates determined after receiving the j-th signal on the i-th averaging interval; x i , y i - average values of the IRI coordinate.
Процедура усреднения m значений координат ИРИ, полученных на каждом интервале усреднения, обеспечивает снижение погрешности определения координат ИРИ σ(х,у) [РМГ 64-2003. ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений. 2005-01-01] и, как следствие, повышает точность определения параметров его движения. Полагается, что в течение интервала времени усреднения не происходит заметное изменение текущего положения ИРИ.The procedure for averaging the m values of the RES coordinates obtained at each averaging interval provides a reduction in the error in determining the coordinates of the RES σ (x , y) [RMG 64-2003. GSI. Ensuring the efficiency of measurements in process control. Methods and ways to improve the accuracy of measurements. 2005-01-01] and, as a result, increases the accuracy of determining the parameters of its movement. It is assumed that during the averaging time interval there is no noticeable change in the current position of the RES.
Составляющие скорости ИРИ по каждой оси координат определяют как:The speed components of the RES along each coordinate axis are determined as:
где Т - время между I интервалами усреднения координат ИРИ; Δх=xI-х1 и Δу=yI-у1 - приращения координат ИРИ от первого до -го интервала усреднения, соответственно по осям х и у.where T is the time between I intervals of averaging the RES coordinates; Δx=x I -x 1 and Δy=y I -y 1 - increments of IRI coordinates from the first to the th averaging interval, respectively, along the x and y axes.
Линейную скорость движения ИРИ определяют как:The linear speed of the RES movement is defined as:
а курсовой угол его движения:and the heading angle of its movement:
Среднеквадратическая погрешность оценивания скорости ИРИ при использовании I интервалов усреднения [Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы / под ред. Ю.М. Казаринова. М: Высшая школа, 1992. 496 с.]:Root-mean-square error in estimating the speed of RES when using I averaging intervals [Grishin Yu.P., Ipatov V.P., Kazarinov Yu.M. Radio engineering systems / ed. Yu.M. Kazarinov. M: Higher school, 1992. 496 p.]:
где G(x,y)j - среднеквадратическое отклонение определения координат ИРИ после приема j-го сигнала, реализуемое способом-прототипом.Where G( x , y ) j is the standard deviation of the determination of the coordinates of the IRI after receiving the j-th signal, implemented by the prototype method.
Согласно (5), при I=3, σ(х,у)j=50 м и Т=3 с, получим =21,9 м/с, что при скорости ИРИ, например, vx=300 м/с, является приемлемым.According to (5), at I=3, σ (x , y)j =50 m and T=3 s, we get =21.9 m/s, which is acceptable at the speed of IRI, for example, v x =300 m/s.
Таким образом, заявляемый однопозиционный разностно-дальномерный способ обеспечивает для не менее двух моментов времени оценку параметров движения (линейной скорости и курсового угла) источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов.Thus, the inventive single-position difference-range-measuring method provides for at least two points in time the estimation of the motion parameters (linear speed and heading angle) of the source of radio emission of linear-frequency-modulated signals.
На фигуре представлена последовательность процедур, осуществляющих однопозиционный разностно-дальномерный способ определения параметров движения источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов. По сравнению с прототипом заявляемый способ имеет новые процедуры: №3, 6 и 7, показанные на фигуре. Как известно [Волков И.К., Зуев С.М., Цветкова Г.М. Случайные процессы: Учеб. для вузов / Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 448 с.] «белый шум», который формируется на выходе автокорреляционного приемника на разностной частоте при отсутствии сигналов на его входе, имеет равномерный энергетический спектр в диапазоне частот от 0 до ∞ с постоянной спектральной плотностью мощности. Поэтому амплитудно-частотные спектры «белого шума» на выходах трех каналов будут иметь максимумы на разных разностных частотах. Следовательно, вновь введенная процедура №3 исключает ложное срабатывание по шумам в трех каналах на разностной частоте. Процедура №6, согласно [РМГ 64-2003. ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений. 2005-01-01], обеспечивает более высокую точность определения текущих координат ИРИ, и, как следствие, высокую точность определения параметров движения ИРИ. Таким образом, процедуры №3, 6 и 7 расширяют функциональные возможности способа-прототипа. При изучении других способов в данной области техники совокупность процедур №3, 6 и 7, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, выявлена не была.The figure shows a sequence of procedures that implement a single-position difference-range method for determining the motion parameters of a source of radio emission of linear-frequency-modulated signals. Compared with the prototype, the proposed method has new procedures: No. 3, 6 and 7 shown in the figure. As is known [Volkov I.K., Zuev S.M., Tsvetkova G.M. Random processes: Proc. for universities / Ed. B.C. Zarubina, A.P. Krishchenko. - M.: Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 1999. - 448 p.] "white noise", which is formed at the output of the autocorrelation receiver at the difference frequency in the absence of signals at its input, has a uniform energy spectrum in the frequency range from 0 to ∞ with a constant power spectral density. Therefore, the amplitude-frequency spectra of "white noise" at the outputs of the three channels will have maxima at different difference frequencies. Therefore, the newly introduced procedure No. 3 eliminates false noise triggering in three channels at the difference frequency. Procedure No. 6, according to [RMG 64-2003. GSI. Ensuring the efficiency of measurements in process control. Methods and ways to improve the accuracy of measurements. 2005-01-01], provides a higher accuracy in determining the current coordinates of the RES, and, as a result, a high accuracy in determining the parameters of the movement of the RES. Thus, procedures No. 3, 6 and 7 expand the functionality of the prototype method. When studying other methods in this field of technology, a set of procedures No. 3, 6 and 7, which distinguish the claimed invention from the prototype, was not identified.
Согласно прототипа [Лихачев В.П., Нгуен Х.Ф. Определение координат источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов однопозиционным разностно-дальномерным способом // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76. №1. С. 59-68] оценка значений разностных частот выходных сигналов fpl, fp2 и fp3 (на фигуре процедура 2) осуществляется после аналогово-цифрового преобразования сигналов и преобразования Фурье, которое, может быть выполнено, с применением вычислительного устройства. Новые процедуры также выполняются (см. выше) в вычислительном устройстве: процедура 3 - в виде суммирования координат ИРИ после приема m сигналов и деления полученной суммы на Т; процедура 6 - в виде вычисления значений vx и vy по формуле (2), процедура 7 - в виде вычисления значений V и β по формулам (3) и (4), соответственно. Таким образом, вновь введенные процедуры реализуемы.According to the prototype [Likhachev V.P., Nguyen H.F. Determination of the coordinates of the source of radio emission of linear-frequency-modulated signals by a single-position difference-range method // Successes of modern radio electronics. 2022. V. 76. No. 1. S. 59-68] evaluation of the values of the difference frequencies of the output signals f pl , f p2 and f p3 (in the figure, procedure 2) is carried out after analog-to-digital signal conversion and Fourier transform, which can be performed using a computing device. New procedures are also performed (see above) in the computing device: procedure 3 - in the form of summing the coordinates of the RES after receiving m signals and dividing the resulting sum by T; procedure 6 - in the form of calculating the values of v x and v y according to the formula (2), procedure 7 - in the form of calculating the values of V and β according to the formulas (3) and (4), respectively. Thus, the newly introduced procedures are realizable.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2801362C1 true RU2801362C1 (en) | 2023-08-08 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6366241B2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-04-02 | Trueposition, Inc. | Enhanced determination of position-dependent signal characteristics of a wireless transmitter |
| RU2248584C2 (en) * | 2002-03-21 | 2005-03-20 | 16 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации | Method for location of source of radio-frequency radiations |
| RU2380723C1 (en) * | 2008-08-26 | 2010-01-27 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Method for detection of radiation source motion parameters |
| RU2666520C2 (en) * | 2016-08-26 | 2018-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Квадрокс" | One-way method of the radio frequency sources location |
| RU2670976C9 (en) * | 2017-08-01 | 2018-11-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining location of radio source with periodic structure of signal and rotating directed antenna |
| RU2715422C1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Method of determining coordinates of a radio emission source in three-dimensional space by a dynamic radio monitoring system |
| WO2021150081A1 (en) * | 2020-01-23 | 2021-07-29 | 엘지전자 주식회사 | Method for determining location of v2x device in wireless communication system supporting sidelink, and apparatus therefor |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6366241B2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-04-02 | Trueposition, Inc. | Enhanced determination of position-dependent signal characteristics of a wireless transmitter |
| RU2248584C2 (en) * | 2002-03-21 | 2005-03-20 | 16 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации | Method for location of source of radio-frequency radiations |
| RU2380723C1 (en) * | 2008-08-26 | 2010-01-27 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Method for detection of radiation source motion parameters |
| RU2666520C2 (en) * | 2016-08-26 | 2018-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Квадрокс" | One-way method of the radio frequency sources location |
| RU2670976C9 (en) * | 2017-08-01 | 2018-11-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining location of radio source with periodic structure of signal and rotating directed antenna |
| RU2715422C1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Method of determining coordinates of a radio emission source in three-dimensional space by a dynamic radio monitoring system |
| WO2021150081A1 (en) * | 2020-01-23 | 2021-07-29 | 엘지전자 주식회사 | Method for determining location of v2x device in wireless communication system supporting sidelink, and apparatus therefor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЛИХАЧЕВ В.П., НГУЕН Х.Ф. Определение координат источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов однопозиционным разностно-дальномерным способом // Успехи современной радиоэлектроники. 01.2022. Т. 76, N 1, сс. 59-68. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108415010B (en) | Radar multi-target detection method based on trapezoidal LFMCW modulation | |
| KR101435168B1 (en) | Method and system for detecting signal sources in a surveillance space | |
| CN109444896B (en) | Underwater sound array positioning system and positioning method thereof | |
| CN106468772B (en) | A kind of multistation radar human body tracing method measured based on distance-Doppler | |
| RU2557808C1 (en) | Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder | |
| CN111856444A (en) | UWB-based multi-target positioning tracking method | |
| US20030001778A1 (en) | System and method for detection and feature extraction in passive coherent location applications | |
| RU2711406C1 (en) | Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission | |
| CN104483668A (en) | High-accuracy radar signal detecting and tracking system and method | |
| Jana et al. | Compensation of wall effect for through wall tracking of moving targets | |
| RU2529355C2 (en) | Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities | |
| RU2506605C2 (en) | Ranging method and device to determine coordinates of radiation source | |
| CN109782249B (en) | Two-target correlation time delay estimation algorithm | |
| RU2334244C1 (en) | Method of radio radiation source location detection | |
| RU2801362C1 (en) | Single-position difference-range method for determining the motion parameters of a radio emission source of linear-frequency-modulated signals | |
| RU2724962C1 (en) | Method of determining coordinates of a marine noisy target | |
| RU2667484C1 (en) | Method for determining the trajectory of movement of low-flying targets | |
| Karlov et al. | Evaluation of the accuracy of measuring the radial velocity of a target with an exponential and alternating decrease in phase correlation of the burst radio signal | |
| RU2768011C1 (en) | Method for single-step adaptive determination of coordinates of radio-frequency sources | |
| RU2330304C1 (en) | Phase direction-finder | |
| RU2666555C2 (en) | One-position correlation goniometric relative-long-dimensional method for determining the coordinates of the location of radio emission sources | |
| RU2150714C1 (en) | Method of measurement of cross-sectional dimensions of radar objects in real time | |
| RU2714884C1 (en) | Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity | |
| RU2674248C2 (en) | One-position correlation goniometric method for determining coordinates of location of radio emission sources | |
| US6473029B1 (en) | System for recognizing signal of interest within noise |