способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты)

Классы МПК:G01S5/04 с определением местоположения источника излучения с помощью нескольких разнесенных пеленгаторов 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-09-18
публикация патента:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для определения азимутального и угломестного направлений на источники радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение эффективности (точности и информативности) пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех. Повышение эффективности пеленгования достигается за счет расширения поля признаков, используемых при селекции пеленгуемых радиосигналов на фоне шумов и помех, использования обобщенного критерия формы волнового фронта, предусматривающего проверку степени близости формы принятого и модельного волновых фронтов с учетом поляризации, в качестве признака достоверности пеленгования; применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих согласование принятого радиосигнала и фазирующей функции как по направлению прихода, так и по виду его поляризации. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Формула изобретения

1. Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающийся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР) способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 отличающийся тем, что формируют и запоминают поляризационно-зависимые идеальные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции для заданной частоты приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m и углу места способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m, используя сигналы комплексной фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 преобразуют сигнал АФР способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 значение способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала АФР способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.

2. Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающийся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного АФР способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 отличающийся тем, что предварительно до начала приема радиосигнала формируют и запоминают для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m и углу места способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m поляризационно-зависимые идеальные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции и комплексные взвешивающие сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 а при приеме на заданной частоте соответствующие взвешивающие сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 используют для преобразования сигнала АФР способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу значение сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала АФР в сигнал, описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для определения азимутального и угломестного направлений на источники радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех.

Достижение теоретически предельной точности пространственной локализации источников радиоизлучений ограничивается существенной априорной неопределенностью относительно параметров контролируемых радиосигналов и несовершенством известных способов их обработки, в настоящее время не учитывающих, как правило, при селекции сигналов на фоне шумов и помех все возможные физические признаки радиосигналов: поляризационные, пространственные, временные (частотные) или корреляционные (определяемые формой сигнала).

Технологии пеленгования, учитывающие поляризацию радиосигнала, не получили достаточного распространения, несмотря на то, что при различии полезного сигнала и помех по поляризации появляется возможность выделения полезных сигналов на фоне помех даже в случае совпадения направлений их прихода, то есть при совпадении пространственных спектров сигнала и помехи.

Известен способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов [1], включающий:

прием радиосигналов неизвестной поляризации малобазовой антенной решеткой, состоящей из магнитных антенн с совмещенными фазовыми центрами,

формирование ансамбля радиосигналов, зависящего от времени и номера антенны,

синхронное преобразование ансамбля принятых радиосигналов в цифровые сигналы,

преобразование цифровых сигналов пар противоположных антенн в комплексные квадратурные составляющие дипольного и квадрупольного выходных сигналов,

получение информации о направлении прихода радиосигналов по разности фаз сигналов квадратурных составляющих дипольного и квадрупольного выходных сигналов.

Данный способ обеспечивает повышенную устойчивость к поляризационным ошибкам. Однако этот способ относится к классу способов малобазового пеленгования, что является принципиальным ограничением на пути достижения потенциально возможных точностей пеленгования радиосигналов с неизвестной поляризацией.

Известен способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов [2], свободный от этих недостатков и принятый за прототип. Согласно этому способу:

1. Принимают радиосигнал неизвестной поляризации многоэлементной антенной решеткой.

2. Формируют ансамбль радиосигналов xn(t), зависящих от времени t и номера n антенны, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 N - число антенн.

3. Синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов xn(t) в цифровые сигналы xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала.

4. Преобразуют цифровые сигналы xn(z) в сигнал комплексного

амплитудно-фазового распределения способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, который запоминают.

5. Формируют идеальный сигнал комплексной фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника, в виде

способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

где способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - n-я составляющая фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 rn, zn, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 n - цилиндрические координаты антенн решетки, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - длина волны, соответствующая заданной частоте приема.

6. Используя сигнал фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , преобразуют сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в сигнал комплексного углового спектра способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 где способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - матрица, эрмитово сопряженная с способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

7. По максимуму модуля сигнала комплексного углового спектра способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 определяют пеленг на источник принятого радиосигнала.

Способ-прототип реализует типичный и достаточно эффективный способ пеленгования, предусматривающий формирование распределения энергии по пространству сигналов с помощью алгоритма классического формирования луча, ориентированного на обработку электромагнитного поля заданной поляризации, определяемой типом антенного элемента, например, горизонтально или вертикально расположенными электрическими вибраторами. При этом комплексная фазирующая функция способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 не зависит от поляризации пеленгуемых радиосигналов. Это следует из приведенного ранее выражения для составляющей фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Изменение ожидаемой поляризации пеленгуемого радиосигнала, например, линейной вертикальной (при использовании вертикально расположенных электрических вибраторов) на круговую, приводит к потере чувствительности способа-прототипа на 3 дБ. Однако при пеленговании сигналов неизвестной поляризации способ-прототип, ориентированный на обработку электромагнитного поля определенной поляризации, дает большие погрешности пеленгования в случае, если поляризационные характеристики антенн пеленгационной решетки не согласованы с поляризацией падающих волн или антенны решетки расположены вблизи отражателей, которые могут изменить поляризацию. В связи с этим учет поляризации является необходимым условием для получения точных результатов пеленгования сложно поляризованных радиосигналов, например, сигналов ионосферных волн, а также в сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например, на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах).

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности (точности и информативности) пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех.

Повышение эффективности пеленгования достигается за счет:

расширения поля признаков, используемых при селекции пеленгуемых радиосигналов на фоне шумов и помех;

использования обобщенного критерия формы волнового фронта, предусматривающего проверку степени близости формы принятого и модельного волновых фронтов с учетом поляризации, в качестве признака достоверности пеленгования;

применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих согласование принятого радиосигнала и фазирующей функции как по направлению прихода, так и по виду его поляризации.

Технический результат достигается тем, что в способе поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающемся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 согласно изобретению, формируют и запоминают поляризационно-зависимые идеальные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции для заданной частоты приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m и углу места способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m, используя сигналы комплексной фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 преобразуют сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 значение способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.

Технический результат также достигается тем, что в способе поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающемся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые

сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 согласно изобретению, предварительно до начала приема радиосигнала формируют и запоминают для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m и углу места способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m поляризационно-зависимые идеальные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции и комплексные взвешивающие сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 а при приеме на заданной частоте соответствующие взвешивающие сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 используют для преобразования сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу значение сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала АФР в сигнал, описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.

Это повышает быстродействие формирования обобщенного сигнала и, как следствие, всего цикла поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов.

Операции способа поясняются следующими чертежами:

Фиг.1. Структурная схема устройства поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов.

Фиг.2. Структура антенной решетки устройства поляризационно-чувствительного пеленгования.

Фиг.3. Результаты одномерного и двухмерного синтеза диаграмм направленности:

а), б), в) - способ-прототип;

г), д), е) - способ поляризационно-чувствительного пеленгования.

Рассмотрим работу устройства, реализующего способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов.

Устройство (фиг.1), в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные антенную решетку 1, многоканальный преобразователь частоты 2, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель АФР 4, формирователь обобщенного сигнала 5, устройство управления и отображения 6 и формирователь фазирующей функции и взвешивающего сигнала 7.

При этом первый выход устройства 6 используется для соединения с внешними системами, а его второй выход подключен к входам преобразователя 2 и формирователя 7, который связан с формирователем 5.

Антенная решетка 1 содержит N антенн с номерами способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 Антенная решетка может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности, конформной. Однако, для улучшения различения сигналов не только по пространству, но и по поляризации требуется существенное различие поляризационных откликов антенн решетки, то есть антенная решетка должна быть неоднородной (гетерогенной), то есть иметь антенные элементы с отличающимися векторными диаграммами направленности. На фиг.2 в качестве примера приведена структура кольцевой антенной решетки устройства поляризационно-чувствительного пеленгования на основе рамочных антенн.

Преобразователь частоты 2 выполнен с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, соответствующей ширине спектра радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов. Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, в KB диапазоне, то вместо преобразователя 2 могут использоваться частотно избирательный полосовой фильтр и усилитель. Кроме этого, преобразователь 2 обеспечивает подключение одной из антенн вместо всех антенн решетки для периодической калибровки каналов по внешнему источнику сигнала с целью устранения их амплитудно-фазовой неидентичности. Возможна калибровка по внутреннему источнику сигнала. При этом может быть использован генератор шума, выход которого также может подключаться вместо всех антенн для периодической калибровки каналов.

Вычислитель 4 содержит N процессоров БПФ, что обеспечивает одновременное вычисление комплексных спектров сигналов, принятых каждой из N антенн решетки, и тем самым - максимальное быстродействие.

Формирователь 5 и формирователь 7, так же как и вычислитель 4, реализованы по многопроцессорной схеме.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу от устройства 6 преобразователь 2 перестраивается на заданную частоту приема. Радиосигнал неизвестной поляризации принимается антеннами решетки 1. Принятый каждым антенным элементом с номером n решетки 1 зависящий от времени t радиосигнал x n(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 2.

Сформированный в преобразователе 2 ансамбль радиосигналов xn(t) синхронно преобразуется с помощью АЦП 3 в ансамбль цифровых сигналов x n(z), где z - номер временного отсчета сигнала, который поступает в вычислитель 4.

В вычислителе 4 из цифровых сигналов xn(z) формируется и запоминается сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки.

Формирование сигнала измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 возможно применением ряда известных алгоритмов цифровой обработки сигналов во временной и частотной областях. При использовании, например, корреляционно-интерферометрического алгоритма выполняют следующие действия [2, 3]:

- формируют сигналы комплексных спектральных плотностей способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 цифровых сигналов xn(z), где Ft{способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 } - оператор дискретного Фурье-преобразования по времени, l - номер дискреты по частоте, 1способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 lспособ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 L;

- перемножением и усреднением сформированных спектральных плотностей способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и комплексно сопряженной спектральной плотности способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 сигнала, измеренного на опорной антенне решетки с номером n=1, формируют сигнал измеренного АФР в виде комплексного вектора способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 (·)* - означает комплексное сопряжение.

Отметим, что в результате данной операции обеспечивается сжатие спектра радиосигнала по частоте. В результате энергия сигнала, распределенная в полосе частот приема, сворачивается в одну спектральную составляющую, чем обеспечивается повышение отношения сигнал/шум.

Описанные операции могут рассматриваться как операции частотной и корреляционной селекции радиосигналов.

Сформированный сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 поступает в формирователь 5.способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Одновременно в формирователе 7 для заданной устройством 6 частоты приема формируются и запоминаются поляризационно-зависимые идеальные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции для всех М требуемых узлов сетки наведения по азимуту способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m и углу места способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - номер узла.

Идеальные сигналы представляют собой матрицы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 размером N×2. Элементы матрицы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 есть векторы-столбцы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 полученные для поля, падающего с m-го направления с горизонтальной способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и вертикальной способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 поляризациями.

Другими словами, идеальные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции характеризуют комплексные отклики отдельных антенн решетки на падающее поле двух ортогональных поляризаций.

Сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 могут быть получены аналитически. Например, при определении углов прихода пеленгуемых сигналов в форме плоской волны соотношение для составляющих сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 имеет следующий вид:

способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

где способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - комплексный отклик на горизонтальную (q=h) или вертикальную (q=способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 ) составляющую падающего поля n-й антенны решетки относительно системы координат, связанной с фазовым центром антенны, r n, zn, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 n - цилиндрические координаты антенн решетки, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - длина волны, соответствующая заданной частоте приема. Полагая в последнем соотношении rn=r, zn =0, получаем частный вид элементов матрицы идеального сигнала для случая плоской кольцевой антенной решетки.

В сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например, на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах), более предпочтительным способом формирования сигналов многолучевой комплексной фазирующей функции является применение электродинамической модели радиопеленгатора [4].

Сформированные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции также поступают в формирователь 5.

В формирователе 5 сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 поступивший от вычислителя 4, с использованием полученных от формирователя 7 сигналов комплексной фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 соответствующих заданной частоте приема, преобразуется в обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Формирование обобщенного сигнала G(способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m,способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m) осуществляется на дискретной сетке наведения путем выполнения в каждом узле с номером m следующих действий для получения отдельных значений обобщенного сигнала G(способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m,способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m):

- умножается сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на эрмитово сопряженный идеальный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и получается сфазированный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 размерностью 2×1. Запоминается сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

- умножается эрмитово сопряженный идеальный сигнал фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на идеальный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и получается матричный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 размерностью 2×2;

- обращается полученный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и формируется взвешивающий сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

- умножается запомненный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на взвешивающий сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и получается сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 учитывающий режим поляризации принятого радиосигнала;

- умножается учитывающий режим поляризации сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на сигнал, эрмитово сопряженный запомненному сфазированному сигналу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и получается обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 который в развернутой форме имеет следующий вид способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Отметим, что с физической точки зрения обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывает угловое распределение мощности пеленгуемого сигнала, которое может рассматриваться как синтезированная с учетом поляризации диаграмма направленности антенной решетки пеленгатора.

Кроме того, в формирователе 5 значение максимума обобщенного сигнала используется для определения азимутально-угломестного пеленга способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , значение способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 сигнала фазирующей функции применяется для преобразования сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 в сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.

При этом выполняются следующие действия:

- определяется значение максимума обобщенного сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и находится соответствующее найденному максимуму значение аргумента способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 ;

- по аргументу находится азимутально-угломестный пеленгспособ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 источника принятого радиосигнала;

- по значениям способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и максимума обобщенного сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 определяется достоверность полученного пеленга.

Для этого находится величина способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 характеризующая степень близости измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и модельного поляризационно-зависимого АФР, соответствующего максимуму обобщенного сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 . При наличии совпадения с заданной точностью, то есть при выполнении условия способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 0, где способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 0 - пороговое значение, принимается решение о достоверности полученного пеленга. Значение порога способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 0 выбирается исходя из минимизации вероятности ложной тревоги.

Эти операции могут рассматриваться как операции поляризационной и пространственной селекции радиосигналов;

- генерируется запрос в формирователь 7 на поиск и передачу в формирователь 5 значения сигнала комплексной фазирующей функции, соответствующего найденному азимутально-угломестному пеленгу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 ;

- после получения от формирователя 7 значения способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 сигнала комплексной фазирующей функции, соответствующего найденному азимутально-угломестному пеленгу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 преобразуется в сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.

При этом способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - 2×1 вектор-столбец, определяющий состояние поляризации радиосигнала, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 - найденные комплексные коэффициенты поляризации, а вид поляризации принятого радиосигнала находится следующим путем:

- по найденным значениям способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 находится третья компонента способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 полного комплексного вектора поляризации способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 по формуле способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 если способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 если способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 ;

- находится длина реальной части полного вектора поляризации способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

- находится вектор, перпендикулярный векторам способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

- находятся компоненты разложения комплексного вектора поляризации способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 по векторам k и q путем вычисления комплексных скалярных произведений способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

- определяются полуоси эллипса поляризации и угол их наклона относительно выбранной системы координат согласно формулам, приведенным в [5, с.159-160].

Полученные двумерные пеленги способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , а также параметры, описывающие состояние и вид поляризации принятого радиосигнала, поступают в устройство 6 для отображения на картографическом фоне, а также во внешние системы, чем обеспечивается повышение информативности пеленгования.

Устройство, реализующее способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов с повышенным быстродействием, по структуре совпадает со схемой, представленной на фиг.1. Отличие заключается в том, что функции формирователя 7 расширяются и он обеспечивает формирование поляризационно-зависимых сигналов способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции, а также комплексных взвешивающих сигналов способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 . Устройство, реализующее способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов с повышенным быстродействием, работает следующим образом.

В формирователе 7 предварительно до начала приема радиосигналов формируются и запоминаются для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m и углу места способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m поляризационно-зависимые идеальные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 комплексной фазирующей функции и комплексные взвешивающие сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Учитывая, что в данном случае сигналы комплексной фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , а также получаемые на их основе взвешивающие сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 формируются предварительно до начала приема радиосигналов, они могут быть также получены, кроме аналитического способа и способа электродинамического моделирования, экспериментальной калибровкой пеленгатора на этапе его ввода в эксплуатацию. В сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например, на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах), экспериментальная калибровка пеленгатора является наиболее эффективным способом обеспечения высокой точности пеленгования [5].

Устройство 6 генерирует сигнал начала приема на заданной частоте, который поступает в формирователь 7 и преобразователь 2.

В формирователе 7 выбираются соответствующие заданной частоте приема поляризационно-зависимые сигналы комплексной фазирующей функции способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и комплексные взвешивающие сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 . Выбранные сигналы способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 и способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 передаются в формирователь 5, где запоминаются.

Одновременно по сигналу начала приема от устройства 6 преобразователь 2 перестраивается на заданную частоту. Радиосигнал неизвестной поляризации принимается антеннами решетки 1. Принятый каждым антенным элементом решетки 1 радиосигнал переносится на более низкую частоту в преобразователе 2. Сформированный в преобразователе 2 ансамбль радиосигналов синхронно преобразуется с помощью АЦП 3 в ансамбль цифровых сигналов, который поступает в вычислитель 4. В вычислителе 4 из цифровых сигналов получается и запоминается сигнал комплексного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 Запомненный сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 поступает в формирователь 5.

В формирователе 5 сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 с использованием поступивших от формирователя 7 взвешивающих сигналов способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 преобразуется в обобщенный сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Данная операция преобразования сигнала измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 является ключевой в повышении быстродействия поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, так как формирование обобщенного сигнала по формуле способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 требует как минимум в 2,5 раза меньше вычислительных операций, чем по формуле способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 Это достигнуто благодаря введению операций предварительного, до начала приема радиосигнала, формирования и запоминания для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m и углу места способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 m поляризационно-зависимых комплексных взвешивающих сигналов способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498

Значение максимума обобщенного сигнала способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 используется для определения азимутально-угломестного пеленга способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 на источник принятого радиосигнала и достоверности полученного пеленга способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 .

Кроме того, в формирователе 5 выбирается из ранее поступивших от формирователя 7 значений сигнала фазирующей функции соответствующее найденному пеленгу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 значение способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 После этого сигнал измеренного способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 с использованием выбранного значения способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 сигнала фазирующей функции, соответствующего найденному пеленгу способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 , преобразуется в сигнал способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов   (варианты), патент № 2393498 описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.

Из приведенного описания следует, что устройство, содержащее антенную решетку, многоканальный преобразователь частоты, многоканальный АЦП, вычислитель АФР, формирователь обобщенного сигнала, формирователь фазирующей функции и устройство управления и отображения, реализует современную технологию пеленгования, которая может рассматриваться как совместная подгонка параметров модели как по направлению прихода, так и по виду поляризации пеленгуемых радиосигналов.

По сравнению с прототипом предложенный способ обеспечивает, как минимум, 3 дБ выигрыш по чувствительности. Однако более существенно, что при пеленговании сложно поляризованных сигналов, например, сигналов ионосферных волн, а также в сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например, на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах), предложенный способ обеспечивает существенное повышение точности и достоверности пеленгования за счет дополнительной селекции принятых радиосигналов по поляризации.

На фиг.3 представлены одномерные и двухмерные изображения синтезированных диаграмм направленности в случае пеленгования эллиптически поляризованного радиосигнала на частоте 12 МГц способом-прототипом (фиг.3а), б), в)) и предложенным способом (фиг.3г), д), е)) для 11-ти элементной кольцевой антенной решетки (фиг.2) радиусом 50 м. Направление прихода пеленгуемого сигнала по азимуту выбиралось равным 33 градуса, а по углу места дискретно менялось: 0 градусов (фиг.3а) и фиг.3г)); 15 градусов (фиг.3б) и фиг.3д)); 18 градусов (фиг.3в) и фиг.3е)).

Из сравнения диаграмм фиг.3а) и фиг.3г) следует, что при угле места, равном 0 градусов, сравниваемые способы дают сопоставимые результаты. Однако из сравнения фиг.3б) и фиг.3д), а также фиг.3в) и фиг.3е) следует, что при увеличении угла места пеленгуемого сигнала предложенный способ сохраняет эффективность пеленгования (см. фиг.3д) и фиг.3е)), а способ-прототип ее теряет (см. фиг.3б) - значение максимума диаграммы уменьшается примерно в 2 раза; фиг.3в) - направление максимума отклоняется от истинного более чем на 60 градусов).

Таким образом, способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов обеспечивает повышение эффективности (точности и информативности) пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех за счет:

1) расширения поля физических признаков радиосигналов, используемых при их селекции на фоне шумов и помех. Поляризационный признак дополняет используемые в прототипе пространственный, частотный и корреляционный признаки;

2) применения нового признака достоверности пеленгования - обобщенного критерия формы волнового фронта принятого радиосигнала. Обобщенный критерий предусматривает проверку степени близости формы принятого и модельного волновых фронтов с учетом поляризации, что снижает аномально большие ошибки пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности;

3) применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих согласование принятого радиосигнала и сигнала фазирующей функции как по направлению прихода, так и по виду поляризации, включающих: формирование поляризационно-зависимых сигналов комплексной фазирующей функции, преобразование сигнала АФР с использованием поляризационно-зависимого сигнала комплексной фазирующей функции в обобщенный сигнал, использование обобщенного сигнала для определения азимутально-угломестного пеленга, достоверности пеленга и получения сигнала, описывающего состояние поляризации принятого радиосигнала, благодаря чему удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.

Источники информации

1. US, патент, 5032844, кл. G01S 5/04, 1991 г.

2. RU, патент, 2309422, кл. G01S 5/00, 2007 г.

3. Шевченко В.Н. Оценивание углового положения источников когерентных сигналов на основе методов регуляризации // Радиотехника. - 2003. - № 9. - С.3-10.

4. Лерер A.M., Шевченко В.Н. Повышение эффективности корабельных радиопеленгаторов методами электродинамического моделирования // Электромагнитные волны и электронные системы, 2007, № 5, с.21-24.

5. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1988.

6. RU, патент, 2309425, кл. G01S 7/40, G09B 9/00, 2007 г.

Класс G01S5/04 с определением местоположения источника излучения с помощью нескольких разнесенных пеленгаторов 

способ определения пеленгационной панорамы источников радиоизлучения на одной частоте -  патент 2528177 (10.09.2014)
способ обнаружения и пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте -  патент 2517365 (27.05.2014)
способ многосигнальной пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте для круговой антенной системы -  патент 2497141 (27.10.2013)
способ идентификации радиосигналов контролируемого объекта и определения местоположения источника -  патент 2496118 (20.10.2013)
способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью -  патент 2491569 (27.08.2013)
устройство для определения направления на источник сигнала -  патент 2484495 (10.06.2013)
способ определения координат источников радиоизлучений -  патент 2476900 (27.02.2013)
способ определения с повышенным быстродействием угломестного пеленга и амплитуды сигнала источника радиоизлучения -  патент 2467345 (20.11.2012)
способ определения пеленгов и амплитуды сигнала источника радиоизлучения пеленгатором с несинхронизованными каналами -  патент 2467344 (20.11.2012)
контрольно-измерительная система радиомониторинга -  патент 2459218 (20.08.2012)
Наверх