способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01S3/00 Пеленгаторы для определения направления, с которого поступают инфразвуковые, звуковые, ультразвуковые колебания, электромагнитные волны или потоки элементарных частиц, не имеющие выраженной направленности G01S3/46 с использованием разнесенных антенн и измерением фазового сдвига или временного запаздывания снимаемых с них сигналов (системы определения разности пути, пройденного сигналом) |
Автор(ы): | Тарасов Г.А., Кабаков И.В., Незванов А.Ю. |
Патентообладатель(и): | Тарасов Геннадий Алексеевич, Кабаков Игорь Викторович, Незванов Александр Юрьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-04-14 публикация патента:
27.08.2001 |
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения в радиопеленгационных, радиолокационных, гидролокационных, геофизических и других многоканальных системах пассивной и активной локации, в которых используются антенные решетки. Достигаемым техническим результатом является повышение точности определения числа пространственно-коррелированных источников излучения и достоверности обнаружения по собственным значениям выборочных корреляционных матриц сигналов с выходов N датчиков антенной решетки. Цель достигается тем, что N - М последних собственных значений выборочной корреляционной матрицы подают на экстраполятор, находят оценки "шумовых" составляющих для М первых собственных значений и перед сравнением с порогами из М первых собственных значений вычитают оценки "шумовых" составляющих, а пороги для М первых собственных значений получают путем умножения нормированных порогов на среднюю мощность шумов в каналах, которая рассчитывается по экстраполирующей функции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения, при котором сигналы пространственно-коррелированных источников излучения принимают N датчиками антенной решетки, где N - заданное число датчиков антенной решетки, вычисляют выборочную корреляционную матрицу упомянутых сигналов, вычисляют собственные значения![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-17t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-18t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-19t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-20t.gif)
L - число временных отсчетов, используемых при расчете выборочной корреляционной матрицы упомянутых сигналов,
k - параметр, который рассчитывают из условия минимизации ошибки
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172010/949.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-21t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения в радиопеленгационных, радиолокационных, гидролокационных, геофизических и других многоканальных системах пассивной и активной локации, в которых используются антенные решетки. Известен способ оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения [1], при котором сигналы источников излучения принимают датчиками антенной решетки, вычисляют выборочную корреляционную матрицу (ВКМ) сигналов с датчиков антенной решетки, вычисляют собственные значения (СЗ) ВКМ и упорядочивают их в порядке убывания, по полученным значениям СЗ ВКМ формируют информационный критерий Акаике (ИКА) [1]:![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-2t.gif)
где m - параметр критерия Акаике (m=1,.., N-1);
N - число датчиков антенной решетки;
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
n - номер СЗ ВКМ (n = 1,..., N). Число источников излучения М определяют по минимальному значению критерия (1). Недостатком способа Акаике является недостаточная точность определения числа источников излучения М [1, с. 446] и недостаточная достоверность обнаружения. Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является способ оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения [2] , при котором сигналы источников излучения принимают N датчиками антенной решетки, вычисляют ВКМ сигналов с датчиков антенной решетки, вычисляют СЗ ВКМ. Процедуру оценки числа пространственно-коррелированных источников излучения рассматривают как пошаговый процесс, на n-ом шаге которого производится сравнение n-го СЗ с порогом. Если СЗ больше порога, то принимают решение о том, что число источников излучения больше чем n-1, и с порогом сравнивается следующее СЗ. В противном случае, процесс останавливается и принимается решение о том, что число источников излучения равно n-1 [2]. Пороговое значение для первого СЗ рассчитывают с использованием функции распределения первого СЗ ВКМ [2] матрицы размерности N. Пороговые значения для второго и последующих СЗ ВКМ рассчитывают с использованием неравенства, дающего некоторую оценку функции распределения (М+1)-го СЗ матрицы размерности N через функцию распределения первого СЗ матрицы размерности (N-M):
F1(
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172044/8773.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
где F1 (
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
FМ+1 (
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
1. Принимают сигналы с N датчиков антенной решетки, вычисляют ВКМ, вычисляют СЗ ВКМ, упорядочивают СЗ ВКМ в порядке убывания. 2. М первых СЗ ВКМ подают на вычитающие устройства, (N-M) последних СЗ ВКМ подают на устройство экстраполяции и получают оценки "шумовых" составляющих
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-3t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-4t.gif)
3. Умножают нормированные значения порогов на полученное значение средней мощности шумов в каналах
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-5t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-6t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-7t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-8t.gif)
где
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-9t.gif)
L - число временных отсчетов, используемых при расчете ВКМ;
k - параметр, который рассчитывается из условия минимизации ошибки
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-10t.gif)
После нахождения значения k выполняется расчет "шумовых" составляющих для М первых СЗ по формуле (3) при n = 1,..., М. Средняя мощность шумов в каналах рассчитывается как среднее значение экстраполирующей функции по всем N собственным значениям
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-11t.gif)
Пороги для М первых собственных значений получаются путем умножения нормированных порогов на среднюю мощность шумов в каналах (5). Из М первых CЗ
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-12t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-13t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-14t.gif)
где
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-15t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172962/2172962-16t.gif)
![способ многоканального обнаружения и оценивания числа пространственно-коррелированных источников излучения и устройство для его осуществления, патент № 2172962](/images/patents/299/2172011/963.gif)
1. Марпл.-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 2. Ермолаев В.Т., Радюшкин К.В. Функция распределения максимального собственного числа выборочной корреляционной матрицы собственного шума элементов антенной решетки. //Изв. Вузов. Радиофизика.- 1999.- Т. 42.- N 5.- С. 494-500.
Класс G01S3/00 Пеленгаторы для определения направления, с которого поступают инфразвуковые, звуковые, ультразвуковые колебания, электромагнитные волны или потоки элементарных частиц, не имеющие выраженной направленности
Класс G01S3/46 с использованием разнесенных антенн и измерением фазового сдвига или временного запаздывания снимаемых с них сигналов (системы определения разности пути, пройденного сигналом)