способ радиоконтроля воздушных объектов

Формула изобретения

Способ радиоконтроля воздушных объектов, заключающийся в том, что используют прямые и рассеянные воздушными объектами радиосигналы, излучаемые передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения, отличающийся тем, что выбирают передатчик, излучающий непрерывный линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) радиосигнал с расширенным спектром, периодически несинхронно и синхронно с облучающим сигналом принимают на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, принятые отдельной антенной решетки на частоте f_k дискретной сетки частот приема многолучевые радиосигналы преобразуют в несинхронно и синхронно принятые комплексные цифровые сигналы, где - номер антенны, a z - номер временного отсчета сигнала, которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал , несинхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют несинхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы в модифицированные несинхронно принятые сигналы которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал , синхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют синхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы в модифицированные синхронно принятые сигналы которые запоминают, формируют комплексные коэффициенты корреляции между модифицированными несинхронно и синхронно принятыми сигналами, сравнивают модуль каждого комплексного коэффициента корреляции с порогом, при превышении порога вычисляют разностный цифровой сигнал отдельной антенны , разностные цифровые сигналы запоминают, формируют и запоминают временной спектр каждого разностного цифрового сигнала определяют значения максимумов модуля каждого временного спектра и сравнивают их с порогом, при превышении порога фиксируют номер m превысившего порог максимума и находят значение амплитуды, частоты и фазы соответствующей максимуму составляющей временного спектра , а также фиксируют число М превысивших порог максимумов, генерируют М гармонических сигналов с соответствующими найденным значениями амплитуды, частоты и фазы, вычисляют модифицированный разностный сигнал каждой антенны , объединяют ансамбль модифицированных разностных цифровых сигналов в матричный цифровой сигнал , который запоминают, из матричного цифрового сигнала формируют сигнал пространственной корреляционной матрицы входных сигналов , сигнал корреляционной матрицы преобразуют в сигнал оптимального весового вектора , где - вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением приема рассеянного радиосигнала, частотой f _k и геометрией решетки, формируют комплексный цифровой рассеянный сигнал для выбранного азимутально-угломестного направления приема, формируют и запоминают комплексный временной спектр комплексного цифрового рассеянного сигнала , определяют по максимумам модуля спектра число сжатых отраженных сигналов в принятом с выбранного направления на частоте f_k многолучевом радиосигнале и фиксируют значение частоты _kp каждого p-го сжатого рассеянного сигнала, идентифицируют соответствующие отдельному максимуму модуля составляющие спектра как сжатый по спектру рассеянный сигнал , выделяют каждый сжатый сигнал , вычисляют временную задержку _kp= _kp/2 , где - скорость изменения частоты ЛЧМ радиосигнала, и абсолютный доплеровский сдвиг - каждого сжатого сигнала, выполняют обнаружение и формируют пространственные координаты воздушных объектов по значениям задержки, абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема сжатых рассеянных сигналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных воздушными объектами сигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Достижение высокой эффективности обнаружения, локализации и идентификации воздушных объектов ограничивается существенной априорной неопределенностью размеров, ориентации в пространстве, отражающих свойств и параметров движения объектов, а также несовершенством известных способов обнаружения и слежения за воздушными объектами.

Технология пассивного обнаружения и слежения за воздушными объектами, использующая естественный подсвет воздушных целей, создаваемый на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения (связные, измерительные, навигационные и др.) в диапазонах коротких, метровых, дециметровых и сантиметровых волн, пока еще не получила достаточного распространения, несмотря на то, что может существенно повысить скрытность и эффективность обнаружения и пространственной локализации широкого класса подвижных объектов.

Известен способ радиоконтроля воздушных объектов [1], заключающийся в том, что

принимают решеткой антенн многочастотные радиосигналы в полосе приема, во много раз превышающей ширину спектра одиночного радиосигнала передатчика,

формируют комплексные временные спектры радиосигналов каждой антенны и спектр мощности радиосигнала опорной антенны,

по спектру мощности радиосигнала опорной антенны обнаруживают сигналы передатчиков,

по комплексным временным спектрам формируют двумерные комплексные угловые спектры обнаруженных передатчиков,

по угловым спектрам определяют азимутальные и угломестные пеленги передатчиков,

а после сравнения угломестных пеленгов с порогом разделяют передатчики на наземные и воздушные и определяют наклонную дальность R до передатчиков воздушных целей по формуле R=H/sin , где Н - известная высота полета цели.

Данный способ обеспечивает эффективное обнаружение воздушных объектов, оснащенных передатчиками радиосигналов. Однако в условиях радиомолчания данный способ теряет свою эффективность.

Более эффективным является способ радиоконтроля воздушных объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:

выбирают передатчики, излучающие радиосигналы с расширенным спектром,

синхронно принимают решеткой антенн на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, включающие прямые радиосигналы передатчиков и рассеянные объектами радиосигналы этих передатчиков,

синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы,

на каждой частоте поиска из цифровых сигналов формируют цифровые прямые и сжатые рассеянные сигналы, которые используют для поиска и пространственной локализации воздушных объектов.

Способ-прототип не требует наличия на борту обнаруживаемого воздушного объекта передатчика, излучающего радиосигналы, так как обеспечивает обнаружение и слежение за воздушными объектами, используя естественный подсвет воздушных объектов, создаваемый на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения. Эффективность способа-прототипа зависит от ряда факторов, из которых наиболее важно геометрическое расположение источников излучения, их мощность и эффективная площадь рассеяния цели, а также эффективность операций подавления помех, маскирующих слабые рассеянные целями сигналы.

Принятый многолучевой радиосигнал, как правило, включает мощные прямые сигналы и отраженные от земной инфраструктуры компоненты сигнала выбранного передатчика. Кроме того, он содержит задержанные по времени и сдвинутые на частоту доплеровского смещения рассеянные воздушными объектами сигналы, а также сигналы других неконтролируемых источников, работающих на частоте, совпадающей с частотой приема. Для эффективного обнаружения и точной пространственной локализации широкого класса воздушных объектов (большие, средние, малые самолеты и беспилотные летательные аппараты, вертолеты, ракеты, спускаемые аппараты) необходимо качественное выделение слабых рассеянных объектами сигналов на фоне мощного прямого сигнала выбранного передатчика, а также на фоне сигналов других нежелательных источников. В наиболее типичных ситуациях уровень помех на 40-60 дБ превышает уровень отраженных сигналов.

Недостатками данного способа являются низкая помехоустойчивость и, как следствие, низкая чувствительность обнаружения, недостаточная точность пространственной локализации воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.

Способ-прототип из известных способов борьбы с помехами использует только способ пространственной селекции на основе направленных свойств антенны и стандартный способ корреляционной обработки, обеспечивающий сжатие широкополосных сигналов и их фильтрацию на фоне помех по задержке и доплеровской частоте.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности обнаружения и точности пространственной локализации широкого класса воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.

Повышение чувствительности обнаружения и точности локализации воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн достигается за счет:

- выбора передатчиков подсвета объектов, излучающих ЛЧМ радиосигналы;

- применения операций радиоэлектронной компенсации некогерентных помех от множества мешающих передатчиков;

- применения операций радиоэлектронной компенсации мощного прямого многолучевого радиосигнала передатчика подсвета, являющегося дополнительной когерентной помехой, маскирующей слабые рассеянные сигналы;

- применения операций адаптивной пространственной фильтрации, обеспечивающей направленный прием полезного рассеянного сигнала в заданном направлении с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений.

Технический результат достигается тем, что в способе радиоконтроля воздушных объектов, заключающемся в том, что выбирают передатчики, излучающие радиосигналы с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой антенн на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, включающие прямые радиосигналы передатчиков и рассеянные от объектов радиосигналы этих передатчиков, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, на каждой частоте поиска из цифровых сигналов формируют цифровые прямые и сжатые рассеянные сигналы, которые используют для поиска и пространственной локализации воздушных объектов, согласно изобретению, выбирают передатчик, излучающий непрерывный линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) радиосигнал с расширенным спектром, периодически несинхронно и синхронно с облучающим сигналом принимают на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, принятые отдельной антенной решетки на частоте f_k дискретной сетки частот приема многолучевые радиосигналы преобразуют в несинхронно и синхронно принятые комплексные цифровые сигналы, где - номер антенны, a z - номер временного отсчета сигнала, которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал , несинхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют несинхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы в модифицированные несинхронно принятые сигналы , которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал , синхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют синхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы в модифицированные синхронно принятые сигналы , которые запоминают, формируют комплексные коэффициенты корреляции между модифицированными несинхронно и синхронно принятыми сигналами, сравнивают модуль каждого комплексного коэффициента корреляции с порогом, при превышении порога вычисляют разностный цифровой сигнал отдельной антенны , разностные цифровые сигналы запоминают, формируют и запоминают временной спектр каждого разностного цифрового сигнала , определяют значения максимумов модуля каждого временного спектра и сравнивают их с порогом, при превышении порога фиксируют номер m превысившего порог максимума и находят значение амплитуды, частоты и фазы соответствующей максимуму составляющей временного спектра , а также фиксируют число М превысивших порог максимумов, генерируют М гармонических сигналов с соответствующими найденным значениями амплитуды, частоты и фазы, вычисляют модифицированный разностный сигнал каждой антенны объединяют ансамбль модифицированных разностных цифровых сигналов в матричный цифровой сигнал , который запоминают, из матричного цифрового сигнала формируют сигнал пространственной корреляционной матрицы входных сигналов , сигнал корреляционной матрицы преобразуют в сигнал оптимального весового вектора , где - вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением приема рассеянного радиосигнала, частотой f _k и геометрией решетки, формируют комплексный цифровой рассеянный сигнал для выбранного азимутально-угломестного направления приема, формируют и запоминают комплексный временной спектр комплексного цифрового рассеянного сигнала , определяют по максимумам модуля спектра число сжатых отраженных сигналов в принятом с выбранного направления на частоте f_k многолучевом радиосигнале и фиксируют значение частоты _kp каждого р-го сжатого рассеянного сигнала, идентифицируют соответствующие отдельному максимуму модуля составляющие спектра как сжатый по спектру рассеянный сигнал , выделяют каждый сжатый сигнал , вычисляют временную задержку _kp= _kp/2 , где - скорость изменения частоты ЛЧМ радиосигнала, и абсолютный доплеровский сдвиг

каждого сжатого сигнала, выполняют обнаружение и формируют пространственные координаты воздушных объектов по значениям задержки, абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема сжатых рассеянных сигналов.

Таким образом, за счет выбора передатчиков, излучающих ЛЧМ радиосигналы, применения операций радиоэлектронной компенсации помех от множества мешающих передатчиков и от мощного многолучевого прямого ЛЧМ радиосигнала выбранного передатчика подсвета, а также операций адаптивной пространственной фильтрации слабых рассеянных объектами сигналов удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.

Операции способа поясняются чертежами:

Фиг.1. Структурная схема устройства, реализующего предложенный способ радиоконтроля воздушных объектов.

Фиг.2. Схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ радиоконтроля воздушных объектов.

Фиг.3. Схема определения координат воздушного объекта.

Устройство (фиг.1), в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные систему приема и предварительной обработки 1, систему моделирования и выбора радиопередатчиков (РПД) 2 и вычислительную систему 3.

В свою очередь система приема и предварительной обработки 1 включает антенную решетку 1-1, тракт поиска источников подсвета, включающий преобразователь частоты 1-2, АЦП 1-3 и устройство обнаружения 1-4, а также тракт приема рассеянных сигналов, включающий преобразователь частоты 1-7, АЦП 1-6 и устройство компенсации помех 1-5.

Вычислительная система 3 включает устройство адаптивной пространственной фильтрации рассеянных сигналов 3-1, устройство формирования сжатых рассеянных сигналов 3-2, устройство обнаружения и локализации объектов 3-3.

При этом система 2 соединена с входом устройства 3-3, а также имеет интерфейс для соединения с внешней базой РПД. Кроме того, устройство 3 имеет выход, предназначенный для подключения к внешним системам.

Подсистема 1 является аналогово-цифровым устройством и предназначена для поиска и измерения параметров синхронизации передатчиков подсвета объектов, излучающих ЛЧМ радиосигналы, а также для приема отраженных радиосигналов и компенсации помех в принятых радиосигналах.

Отметим, что после того как параметры синхронизации прямого ЛЧМ радиосигнала передатчика измерены или когда они априорно известны, прямой ЛЧМ радиосигнал передатчика может быть сформирован путем моделирования в системе 2.

Антенная решетка 1-1 состоит из N антенн с номерами . Пространственная конфигурация антенной решетки должна обеспечивать измерение азимутально-угломестного направления прихода радиосигналов и может быть произвольной пространственной конфигурации.

Преобразователи частоты 1-2 и 1-7 являются N-канальными, выполнены с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, изменяемой в соответствии с шириной спектра принимаемого радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов.

АЦП 1-3 и 1-6 также является N-канальным и синхронизирован сигналом одного опорного генератора (для упрощения опорный генератор на схеме не показан). Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, в KB диапазоне, то вместо преобразователей частоты 1-2 и 1-7 могут использоваться частотно избирательные полосовые фильтры и усилители. Кроме этого, преобразователи частоты 1-2 и 1-7 обеспечивают подключение одной из антенн вместо всех антенн решетки для периодической калибровки приемных каналов по внешнему источнику сигнала. Возможна калибровка с использованием внутреннего генератора, выход которого также подключается вместо всех антенн для периодической калибровки каналов.

Устройство обнаружения 1-4 и устройство компенсации помех 1-5 представляют собой вычислительные устройства.

Подсистема 2 является вычислительным устройством и предназначена для идентификации, отбора и периодического обновления передатчиков ЛЧМ радиосигналов, используемых для подсвета заданной области воздушного пространства, а также для формирования модельных ЛЧМ сигналов выбранных передатчиков.

Вычислительная система 3 предназначена для адаптивной пространственной фильтрации рассеянных сигналов (устройство 3-1), формирования сжатых рассеянных сигналов (устройство 3-2), обнаружения и формирования пространственных координат воздушных объектов (устройство 3-3).

Укрупненная схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ радиоконтроля воздушных объектов, представлена на фиг.2. Схема включает передатчик РПД с известным местоположением, излучающий ЛЧМ радиосигнал с расширенным спектром, а также станцию обнаружения-пеленгования (СОП). Радиосигнал передатчика РПД распространяются земной или пространственной волной, которая принимается станцией обнаружения-пеленгования в виде прямых радиосигналов, а также облучающей заданную область воздушного пространства волной, принимаемой станцией обнаружения-пеленгования в виде рассеянных воздушными объектами радиосигналов.

В станции обнаружения-пеленгования выполняется поиск, обнаружение и измерение параметров синхронизации ЛЧМ радиосигналов, которые используются в системе моделирования 2 при моделировании опорного сигнала для последующего разделения принятого станцией многолучевого рассеянного сигнала на отдельные лучи, т.е. при формировании сжатых отраженных от воздушных объектов сигналов.

Передатчик РПД условно может быть отнесен к одному из классов: неконтролируемые (неуправляемые) и контролируемые (управляемые). Например, если передатчик РПД специально не создавался для совместной работы со станцией обнаружения-пеленгования и не имеют линий связи со станцией обнаружения-пеленгования, он может рассматриваться как неконтролируемый (неуправляемый). В качестве неконтролируемых передатчиков могут быть выбраны любые системы или устройства, излучающие в диапазонах коротких, метровых, дециметровых и сантиметровых волн ЛЧМ радиосигналы с расширенным спектром и удовлетворяющие следующим требованиям: пространственное положение, должно обеспечивать прямую видимость между передатчиком и системой обнаружения (если параметры радиосигнала с точностью до синхронизации априорно известны, то прямая видимость между передатчиком и системой обнаружения не требуется); частота и мощность излучаемого радиосигнала должны обеспечивать эффективное обнаружение широкого класса воздушных объектов. Примером неконтролируемых передатчиков могут быть ЛЧМ передатчики связных, информационных и измерительных радиосистем различного назначения. Если передатчик РПД специально создан для решения задачи обнаружения воздушных объектов совместно со станцией обнаружения-пеленгования, то этот передатчик может быть отнесен к классу контролируемых (управляемых). При этом для управления режимами работы передатчика РПД предусмотрена линия связи (см. фиг.2) со станцией обнаружения-пеленгования.

Устройство работает следующим образом.

В системе 2 на основе данных внешней базы радиопередатчиков, а также данных об обнаруженных передатчиках подсвета, поступающих от устройства 1-4, с использованием программных средств моделирования идентифицируется, выбирается и периодически обновляется совокупность передатчиков, излучающих непрерывные ЛЧМ радиосигналы с расширенным спектром. При моделировании оцениваются возможные зоны покрытия, вероятности обнаружения и достижимые точности локализации и идентификации воздушных объектов различного класса, которые могут быть обеспечены при различных вариантах размещения передатчиков относительно станции обнаружения-пеленгования. Кроме того, в системе 2 формируются модельные непрерывные ЛЧМ сигналы передатчиков с требуемыми параметрами синхронизации.

Параметры выбранного множества передатчиков (номер, несущая частота, ширина спектра, форма, параметры синхронизации и мощность излучаемого сигнала, координаты или расстояние и угловое положение относительно СОП) запоминаются в подсистеме 2, поступают в устройство 3-3, а также используются для настройки преобразователей частоты 1-2 и 1-7. С целью упрощения цепи управления преобразователем не показаны.

По сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-2 начинает перестраиваться с заданным темпом в заданном диапазоне частот поиска ЛЧМ радиосигналов, например, в диапазоне 10-25 МГц. При этом тракт поиска осуществляет поиск и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета, излучающих ЛЧМ радиосигналы, на частотах f_k дискретной сетки частот поиска. При этом принятый каждым антенным элементом с номером n антенной решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал х _kn(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-2. Сформированный в преобразователе 1-2 ансамбль радиосигналов x_kn(t) преобразуется с помощью АЦП 1-3 в цифровые сигналы, которые поступают в устройство обнаружения 1-4, в котором на каждой частоте f_k дискретной сетки частот поиска осуществляется обнаружение и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета. Функционирование устройства обнаружения 1-4 основано на широко известных способах и реализующих их устройствах радиоконтроля, например, [3, 4].

После обнаружения и измерения параметров синхронизации выбранного передатчика подсвета, излучающего непрерывный ЛЧМ радиосигнал с расширенным спектром, из системы 2 поступает сигнал управления в преобразователь частоты 1-7.

Преобразователь частоты 1-7 периодически несинхронно и синхронно с облучающим сигналом перестраивается в заданном диапазоне частот. При этом обеспечивается периодический несинхронный и синхронный с облучающим сигналом прием многолучевых радиосигналов на множестве частот поиска.

Принятые каждой антенной с номером n решетки 1-1 на частоте f_k дискретной сетки частот приема зависящие от времени радиосигналы фильтруются по частоте и переносятся на более низкую частоту в преобразователе 1-7.

Сформированный в преобразователе 1-7 ансамбль радиосигналов x _kn(t) преобразуется с помощью АЦП 1-6 в несинхронно и синхронно принятые комплексные цифровые сигналы, где z - номер временного отсчета сигнала, которые поступают в устройство 1-5, где запоминаются.

В устройстве 1-5 на каждой частоте f_k дискретной сетки частот приема выполняются следующие действия:

- формируется комплексный опорный сигнал , несинхронизированный с облучающим радиосигналом;

- преобразуются несинхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы в модифицированные несинхронно принятые сигналы , которые запоминаются.

В результате данной операции на каждой частоте f_k формируется N модифицированных несинхронно принятых сигналов ;

- формируется комплексный опорный сигнал , синхронизированный с облучающим радиосигналом;

- преобразуются синхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы в модифицированные синхронно принятые сигналы , которые запоминаются.

В результате данной операции на каждой частоте f_k формируется N модифицированных синхронно принятых сигналов ;

- формируются комплексные коэффициенты корреляции между модифицированными несинхронно и синхронно принятыми сигналами.

Комплексные коэффициенты корреляции могут быть более эффективно вычислены с применением быстрого алгоритма на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ):

- сравнивается модуль каждого комплексного коэффициента корреляции с порогом.

Порог выбирается исходя из минимизации ложной тревоги:

- при превышении порога вычисляется разностный цифровой сигнал отдельной антенны , который запоминается.

Физически данная операция обеспечивает вычитание из сигналов, принятых каждой антенной, сигналов некогерентных помех, создаваемых мешающими радиостанциями. Эксперименты показывают, что компенсацией реальных некогерентных помех удается повысить отношение сигнал/помеха более чем на 10-20 дБ.

В результате выполнения данной операции на каждой частоте f_k формируется N разностных цифровых сигналов ;

- формируется и запоминается временной спектр каждого разностного цифрового сигнала ;

- определяются значения максимумов модуля каждого временного спектра и сравниваются значения максимумов с порогом;

- при превышении порога выполняются следующие действия:

1) фиксируется номер m превысившего порог максимума;

2) находятся значения амплитуды, частоты и фазы соответствующей максимуму составляющей временного спектра ;

3) фиксируется число М превысивших порог максимумов;

4) генерируется М гармонических сигналов с соответствующими найденным значениями амплитуды, частоты и фазы;

5) вычисляется модифицированный разностный сигнал каждой антенны

Последняя операция является ключевой в задаче повышения чувствительности обнаружения и точности определения пространственных координат воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн. Физически данная операция обеспечивает вычитание из принятых каждой антенной сигналов сигнала многолучевой когерентной помехи, возникающей за счет просачивания многолучевого прямого радиосигнала передатчика подсвета. Экспериментально показано, что компенсацией реальных когерентных помех удается повысить отношение сигнал/помеха более чем на 20-30 дБ.

В результате выполнения данной операции на каждой частоте f _k формируется N модифицированных разностных цифровых сигналов которые поступают в вычислительную систему 3, где запоминаются в устройстве 3-1;

Кроме того, в устройстве 3-1 на каждой частоте приема f_k выполняются следующие действия:

- ансамбль модифицированных разностных цифровых сигналов объединяется в матричный цифровой сигнал , который запоминается;

- из матричного цифрового сигнала формируется сигнал пространственной корреляционной матрицы входных сигналов ;

- сигнал корреляционной матрицы преобразуется в сигнал оптимального весового вектора , где - вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением приема ( , ) рассеянного радиосигнала, частотой f_k и геометрией решетки;

- формируется рассеянный цифровой сигнал где индекс ()^H означает операцию эрмитова сопряжения, для выбранного азимутально-угломестного направления приема ( , ).

Физически описанная операция реализует адаптивную пространственную фильтрацию, обеспечивающую направленный прием рассеянного сигнала в заданном направлении с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений, что также обеспечивает дополнительный выигрыш в чувствительности при приеме слабых отраженных сигналов.

Отметим, что технически реализуемая глубина подавления помехи достигает величины 40 дБ [5].

Рассеянные цифровые сигналы совместно с азимутально-угломестным направлением приема ( , ) поступают в устройство 3-2, где запоминаются.

Кроме того, в устройстве 3-2 на каждой частоте приема f_k выполняются следующие действия:

- формируется и запоминается комплексный временной спектр комплексного цифрового рассеянного сигнала ;

- определяется по максимумам модуля спектра число сжатых отраженных сигналов в принятом с выбранного направления на частоте f_k многолучевом радиосигнале и фиксируется значение частоты _kp каждого р-го сжатого рассеянного сигнала;

- идентифицируются соответствующие отдельному максимуму модуля составляющие спектра как сжатый по спектру рассеянный сигнал ;

- выделяется каждый сжатый сигнал ;

- вычисляется временная задержка _kp= _kp/2 , где - скорость изменения частоты ЛЧМ радиосигнала, и абсолютный доплеровский сдвиг каждого сжатого сигнала.

Найденные значения задержки _kp и абсолютного доплеровского сдвига F _kp, а также азимутально-угломестное направление ( , ) приема сжатых сигналов поступают в устройство 3-3, где запоминаются.

Кроме того, в устройстве 3-3 на каждой частоте приема f_k выполняется обнаружение и формируются пространственные координаты воздушных объектов по значениям задержки _kp, абсолютного доплеровского сдвига F_kp и азимутально-угломестного направления ( , ) приема сжатых рассеянных сигналов.

При этом выполняются следующие действия:

- сравниваются с порогом значения абсолютного доплеровского сдвига F_kp и угла места р-го сжатого рассеянного сигнала и при превышении порога принимается решение об обнаружении воздушного объекта в азимутально-угломестном направлении ( , ).

Порог выбирается исходя из минимизации вероятности пропуска объекта.

При определении географических координат обнаруженного объекта в устройстве 3-3 выполняются следующие действия:

- по значению абсолютной задержки сигнала _kp определяется кажущаяся дальность до объекта D= _kpс, где с - скорость света;

- определяются пространственные координаты обнаруженного объекта по кажущейся дальности D и значениям азимута и угла места приема отраженных сигналов, например, в соответствии с [6].

При этом для пары «СОП-передатчик» строится эллипсоид равных кажущихся дальностей, соответствующих геометрическому месту точек в пространстве, сумма расстояний до которых (от передатчика до объекта и от объекта до СОП) равна найденному значению кажущейся дальности D. По пересечению эллипсоида равных кажущихся дальностей и значения направления (азимут и угол места ) приема рассеянных сигналов определяются географические координаты обнаруженного объекта.

На фиг.3 приведена схема определения координат воздушного объекта при использовании одного передатчика.

Результаты обнаружения и пространственной локализации воздушных объектов отображаются для повышения информативности.

Из приведенного описания следует, что устройство, реализующее предложенный способ, обеспечивает повышение чувствительности обнаружения и точности пространственной локализации широкого класса воздушных объектов благодаря:

- выбору передатчиков, излучающих ЛЧМ радиосигналы.

ЛЧМ радиосигналы могут иметь большую длительность и, следовательно, большую энергию, что увеличивает предельную чувствительность (дальность действия) обнаружения и пространственной локализации воздушных объектов. Кроме того, сжатие ЛЧМ радиосигналов обеспечивает высокую разрешающую способность по дальности и скорости. Более того, ЛЧМ радиосигнал обеспечивает возможность получения информации о воздушных объектах на любой частоте за счет непрерывности облучающего сигнала по частоте и времени, что исключает пространственно-частотные сектора, в которых возможна потеря чувствительности при обнаружении широкого класса воздушных объектов, и позволяет уменьшить число передатчиков, используемых при обнаружении;

- применению операций радиоэлектронной компенсации некогерентных и когерентных помех, обеспечивающих выигрыш в чувствительности за счет вычитания копий помех из смеси мешающего и полезного сигналов;

- применению операций адаптивной пространственной фильтрации, обеспечивающих направленный прием полезного рассеянного сигнала в заданном направлении с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений, что также обеспечивает дополнительный выигрыш в чувствительности.

Это в совокупности повышает качество обнаружения и точность измерения пространственных координат воздушных объектов.

Предложенный способ может быть отнесен к классу способов, реализующих основанную на естественной "радиоподсветке" воздушных целей технологию пассивного обнаружения и слежения за воздушными объектами без увеличения размеров приемных антенн, излучаемой мощности и числа используемых передатчиков.

Таким образом, за счет выбора передатчиков, излучающих ЛЧМ радиосигналы, применения операций радиоэлектронной компенсации помех от множества мешающих передатчиков и от мощного многолучевого прямого ЛЧМ радиосигнала выбранного передатчика подсвета, а также операций адаптивной пространственной фильтрации достигается повышение чувствительности обнаружения и точности пространственной локализации широкого класса воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.

Источники информации:

1. RU, патент, 2158002, кл. G01S 13/14, 2000 г.

2. US, патент, 7012552 В2, кл. G08В 21/00, 2006 г.

3. RU, патент, 2190236, кл. G01S 5/04, 2002 г.

4. RU, патент, 2302646, кл. G01S 5/04, 2007 г.

5. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь, 2003 г.

6. US, патент, 5719584 В2, кл. G01S 003/02, 1998 г.