RU2732505C1 - Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means - Google Patents
Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732505C1 RU2732505C1 RU2020103268A RU2020103268A RU2732505C1 RU 2732505 C1 RU2732505 C1 RU 2732505C1 RU 2020103268 A RU2020103268 A RU 2020103268A RU 2020103268 A RU2020103268 A RU 2020103268A RU 2732505 C1 RU2732505 C1 RU 2732505C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio
- finding
- lps
- iri
- direction finding
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 15
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 42
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 14
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 41
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 7
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
- G01S7/2923—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to a number of consecutive radar periods
- G01S7/2925—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to a number of consecutive radar periods by using shape of radiation pattern
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах (ОП) систем радиомониторинга для определения азимута и угла места на источник радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС).The invention relates to radio engineering and can be used in multichannel monopulse detectors-direction finders (OP) of radio monitoring systems for determining the azimuth and elevation angle to the radio emission source (RRI) from the flight-lifting device (LPS).
Для увеличения дальности и расширения рабочей зоны радиомониторинга наземных ИРИ обнаружитель-пеленгатор размещают на борту ЛПС в качестве целевой нагрузки. В этом случае возможно использование объемных антенных решеток (АР), которые обеспечивают близкие по азимуту и по углу места показатели точности и достоверности пеленгования. При этом ОП должен обеспечивать выполнение требований не только по основному техническому назначению (в том числе по точности и достоверности пеленгования ИРИ), но и в части ограничений по массе и габаритным характеристикам, которые оказывают влияние на летно-технические характеристики ЛПС.To increase the range and expand the working area of radio monitoring of ground-based RES, the detector-direction finder is placed on board the LPS as a target load. In this case, it is possible to use volumetric antenna arrays (AR), which provide indicators of accuracy and reliability of direction finding that are close in azimuth and elevation. At the same time, the OP must ensure the fulfillment of the requirements not only for the main technical purpose (including the accuracy and reliability of the direction finding of the IRI), but also in terms of restrictions on the weight and overall characteristics that affect the flight performance of the LPS.
В частности, в качестве одного из вариантов объемной АР, структура которой обеспечивает минимизацию количества используемых радиоприемных каналов ОП и приемных антенных элементов, может быть использована винтовая антенная решетка, рассмотренная в [Артемов М.Л., Афанасьев О.В., Сличенко М.П., Артемова Е.С. Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений. Патент РФ № 2696095, G01S 5/04]. In particular, as one of the options for a three-dimensional AR, the structure of which ensures the minimization of the number of used radio receiving channels of the OP and receiving antenna elements, a helical antenna array, considered in [Artemov ML, Afanasyev OV, Slichenko M. P., Artemova E.S. Method for two-dimensional monopulse direction finding of radio emission sources. RF patent No. 2696095,
Однако, в практике радиомониторинга возможны ситуации, когда отношение высоты полёта ЛПС к дальности до ИРИ составляет много меньше единицы (радиомониторинг ИРИ на дальностях до ЛПС близких к радиогоризонту). В таких случаях информативным признаком пространственного положения наземного ИРИ является лишь азимут, а реализация АР объемной структуры представляется нецелесообразной, поэтому в указанных ситуациях широкое распространение на практике получили плоские АР. За счет плоской структуры обеспечивается возможность удовлетворения требованиям в части летных технических характеристик ЛПС. However, in the practice of radio monitoring, situations are possible when the ratio of the flight altitude of the LPS to the range to the IRI is much less than one (radio monitoring of the IRR at ranges to the LPS close to the radio horizon). In such cases, only the azimuth is an informative indicator of the spatial position of the ground-based IRI, and the implementation of the AA of a volumetric structure seems to be inexpedient, therefore, in these situations, flat AAs are widely used in practice. Due to the flat structure, it is possible to meet the requirements in terms of flight performance characteristics of the LPS.
Для плоских АР точность и достоверность пеленгования существенно ухудшаются при стремлении к нулю угла направления прихода радиоволны в вертикальной плоскости (перпендикулярной плоскости расположения антенных элементов АР), что обусловлено уменьшением апертуры АР в проекции на плоскость волнового фронта радиоволны.For plane AAs, the accuracy and reliability of direction finding significantly deteriorate when the angle of the direction of arrival of the radio wave tends to zero in the vertical plane (perpendicular to the plane of the antenna elements of the antenna), which is due to a decrease in the AA aperture in the projection onto the plane of the wavefront of the radio wave.
Важным является учет изменения углов пространственной ориентации ЛПС в процессе его движения. Плоскость расположения элементов АР меняет ориентацию в пространстве в соответствии с параметрами движения ЛПС, а характеристики точности и достоверности пеленгования ИРИ зависят от текущих углов ориентации ЛПС. Следовательно, для пеленгования ИРИ с ЛПС необходимо обеспечить прием радиоволны в общем случае с ненулевым углом относительно плоскости АР, зависящим как от взаимного расположения ИРИ и АР, так и от углов пространственной ориентации носителя.It is important to take into account the change in the angles of the spatial orientation of the LPS during its movement. The plane of the location of the AA elements changes orientation in space in accordance with the parameters of the LRS movement, and the characteristics of the accuracy and reliability of the direction finding of the AIR depend on the current angles of the LRS orientation. Consequently, for the direction finding of AIR with LPS, it is necessary to ensure reception of a radio wave in the general case with a nonzero angle relative to the plane of the AR, which depends both on the relative position of the AIR and AR and on the angles of the carrier's spatial orientation.
Результаты оценивания направления на ИРИ используются для определения координат ИРИ триангуляционным способом. Так как координаты ИРИ определены в неподвижной системе координат (СК), связанной с землей (для большинства задач – в топографической проекции Гаусса-Крюгера), то и оценки углов направления на ИРИ необходимо определять в этой СК. Полученная в связанной с ЛПС СК оценка вектора направления на ИРИ с использованием информации о текущих углах ориентации ЛПС преобразуется в неподвижную СК, связанную с землей. В случае пеленгования в азимутально-угломестной плоскости преобразование направления на ИРИ в связанную с землей СК предполагает использование стандартной процедуры вращения трехмерного единичного вектора по трем углам Эйлера-Колмогорова [ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. М., 1981. № 3913, 52 с. (Издательство стандартов)]: крен, тангаж и рысканье (курс). Использование указанных трех углов ориентации ЛПС позволяет однозначным образом преобразовать результаты азимутально-угломестного пеленгования между различными СК.The results of estimating the direction to the IRI are used to determine the coordinates of the IRI by a triangulation method. Since the coordinates of the IRI are determined in a fixed coordinate system (CS) associated with the earth (for most problems - in the Gauss-Kruger topographic projection), then the estimates of the direction angles on the IRI must be determined in this CS. The estimate of the direction vector to the IRR obtained in the SC associated with the LPS, using information about the current angles of the orientation of the LPS, is converted into a stationary SC connected to the ground. In the case of direction finding in the azimuthal-elevation plane, the conversion of the direction to the IRI into a ground-connected SC assumes the use of a standard procedure for rotating a three-dimensional unit vector along three Euler-Kolmogorov angles [GOST 20058-80. Aircraft dynamics in the atmosphere. Terms, definitions and designations. M., 1981. No. 3913, 52 p. (Standards Publishing House)]: roll, pitch and yaw (course). The use of these three LPS orientation angles allows to unambiguously transform the results of azimuthal-elevation direction finding between different CS.
В случае игнорирования информации об ориентации ЛПС возникают дополнительные ошибки пеленгования, с увеличением отношения апертуры АР к длине радиоволны повышается вероятность аномальной ошибки пеленгования, что приводит не только к снижению точности и достоверности пеленгования, но и к уменьшению рабочего диапазона частот ОП (коэффициента перекрытия АР по частоте).If the information about the LPS orientation is ignored, additional direction finding errors arise, with an increase in the ratio of the AA aperture to the radio wavelength, the probability of anomalous direction finding error increases, which leads not only to a decrease in the accuracy and reliability of direction finding, but also to a decrease in the operating frequency range of the OP (the AA overlap coefficient in frequency).
Известны способы определения координат ИРИ, учитывающие ориентации ЛПС в пространстве.Known methods for determining the coordinates of the IRI, taking into account the orientation of the LPS in space.
Известен способ определения значений азимута и угла места ИРИ с борта ЛПС, обеспечивающего повышение точности нахождения расположения ИРИ путем более полного учета пространственной ориентации антенной решетки измерителя, представленный в [Наумов А.С., Елизаров В.В. Определение координат источника радиоизлучения при пеленговании с ЛПС. – Успехи современной радиоэлектроники, 2015, №7, с.56-61] заключающийся в:There is a known method for determining the values of the azimuth and elevation angle of IRI from the LPS board, which provides an increase in the accuracy of finding the location of IRI by more fully taking into account the spatial orientation of the antenna array of the meter, presented in [Naumov A.S., Elizarov V.V. Determination of the coordinates of the radio emission source during direction finding from the LPS. - The successes of modern radio electronics, 2015, No. 7, p.56-61], which consists in:
1. Измерении ориентации антенной системы пеленгатора относительно корпуса ЛПС (крен, тангаж, курс). Значения
2. Поиске и приеме сигналов ИРИ в заданной полосе частот
3. Измерении пространственных координат ИРИ: азимута
4. Определении местоположения ЛПС с помощью ГНСС
5. Преобразовании координат ЛПС в геоцентрическую систему координат:5. Conversion of LPS coordinates into a geocentric coordinate system:
6. Переводе вектора направления на источник
7. Последовательном перемножении исходного вектора
гдеWhere
8. Преобразовании скорректированного вектора направления на ИРИ
9. Последовательном перемножении вектора
10. Определении значения азимута
Известен способ местоопределения наземных ИРИ с борта ЛПС, представленный в [Березин А.В., Богданов Ю.Н., Вассенков А.В., Виноградов А.Д., Дмитриев И.С., Попов С.А. Способ определения координат наземного источника радиоизлучения при радиопеленговании с борта летательного аппарата. Патент РФ №2610150, G01S 1/08 ] и заключающийся в: A known method of locating ground IRI from the LPS, presented in [Berezin A. V., Bogdanov Y. N., Vassenkov A. V., Vinogradov A. D., Dmitriev I. S., Popov S. A. A method for determining the coordinates of a ground source of radio emission during radio direction finding from an aircraft. RF patent №2610150,
1. Приеме радиосигналов бортовой пеленгаторной антенной (БПА);1. Reception of radio signals by the airborne direction finding antenna (BPA);
2. Частотной селекции радиосигналов;2. Frequency selection of radio signals;
3. Определении линий радиопеленгов в азимутальной плоскости БПА;3. Determination of radio bearing lines in the azimuth plane of the UAV;
4. Регистрации полученных данных периодически отсчетами;4. Registration of the received data periodically by counts;
5. Формировании не менее одной независимой пары пересекающихся полуплоскостей положения наземного ИРИ, ортогональных азимутальной плоскости БПА, проходящих через каждую полученную линию радиопеленгатора;5. Formation of at least one independent pair of intersecting half-planes of the position of the ground IRI, orthogonal to the azimuthal plane of the FUA, passing through each received line of the direction finder;
6. Выборе и весовой обработке пар независимых отсчетов данных, учитывающих зависимости дисперсий оценок координат наземного ИРИ от взаимного расположения в пространстве ЛПС и наземного ИРИ. При выборе и весовой обработке пар независимых отсчетов данных дополнительно учтены зависимости дисперсий оценок координат наземного ИРИ от параметров угловой ориентации БПА и от углов пересечения линии положения и нормалей к полуплоскостям положения наземного ИРИ с поверхностью Земли;6. Selection and weight processing of pairs of independent data samples, taking into account the dependences of the variances of estimates of coordinates of the ground-based IRI on the relative position in space of the LPS and ground-based IRI. In the selection and weight processing of pairs of independent data samples, the dependences of the variances of the estimates of the coordinates of the ground-based IRR on the parameters of the angular orientation of the FUA and on the angles of intersection of the position line and normals to the half-planes of the position of the ground IRR with the Earth's surface were additionally taken into account
7. Формировании нормалей к полуплоскостям положения наземного ИРИ;7. Formation of normals to the half-planes of the position of the ground IRI;
8. Определении не менее одной линии положения наземного ИРИ как линии пересечения независимой пары пересекающихся полуплоскостей положения наземного ИРИ, параметры которой определяют из условия ортогональности к вышеупомянутым нормалям;8. Determination of at least one line of the position of the ground IRI as the line of intersection of an independent pair of intersecting half-planes of the position of the ground IRI, the parameters of which are determined from the condition of orthogonality to the aforementioned normals;
9. Определении координат наземного ИРИ как точки пересечения линии положения неземного ИРИ с поверхностью Земли с использованием итерационной процедуры ее поиска. 9. Determining the coordinates of the ground-based IRI as the point of intersection of the line of position of the unearthly IRI with the Earth's surface using an iterative procedure for its search.
Так же известен способ определения координат ИРИ [Житник М.А., Строцев А.А., Сухенький И.А., Способ определения координат источника радиоизлучения с борта летательного аппарата по двум азимутальным пеленгам. Патент РФ №2638177, G01S 1/08 ], заключающийся вAlso known is a method for determining the coordinates of IRI [Zhitnik MA, Strocev AA, Suhenkiy IA, Method for determining the coordinates of a radio emission source from an aircraft on two azimuthal bearings. RF patent No. 2638177,
1. Приеме радиосигналов бортовой пеленгационной антенной;1. Reception of radio signals by the onboard direction finding antenna;
2. Частотной селекции;2. Frequency selection;
3. Определении линии пеленгов в плоскости пеленгаторной антенны;3. Determination of the bearing line in the plane of the direction-finding antenna;
4. Весовой обработке полученных данных;4. Weight processing of the received data;
5. Формировании по результатам весовой обработки вспомогательных плоскостей, ортогональные плоскости пеленгаторной плоскости пеленгаторной антенны и проходящие через каждую полученную линию пеленга. В моменты получения пеленгов координаты ЛПС переводят в геоцентрическую прямоугольную систему координат, затем составляют матрицу перехода из связанной системы координат в нормальную подвижную систему координат и далее в геоцентрическую прямоугольную систему координат путем перемножения матриц поворота на углы крена, тангажа и рысканья связанной системы координат;5. Formation of auxiliary planes according to the results of weight processing, orthogonal to the plane of the direction-finding plane of the direction-finding antenna and passing through each received line of bearing. At the moments of receiving bearings, the LPS coordinates are converted into a geocentric rectangular coordinate system, then a transition matrix is made from the associated coordinate system to a normal moving coordinate system and then to a geocentric rectangular coordinate system by multiplying the rotation matrices by the angles of roll, pitch and yaw of the associated coordinate system;
6. Нахождении прямой линии пересечения двух вспомогательных плоскостей;6. Finding a straight line of intersection of two auxiliary planes;
7. Вычислении координат ИРИ как точки пересечения найденной прямой линии и поверхности Земли, описанной эллипсоидом.7. Calculation of the coordinates of the IRI as the point of intersection of the found straight line and the Earth's surface described by the ellipsoid.
Основным недостатком перечисленных способов является использование при определении координат ИРИ информации об угломестных пеленгах, которые измеряются с низкими (по сравнению с азимутами) показателями точности и достоверности ввиду недостаточной разрешающей способности АР при малых истинных угломестных пеленгах на наземный ИРИ. При этом информация об ориентации ЛПС в пространстве используется для преобразования результатов пеленгования, а не принимаемых в процессе пеленгования радиосигналов, что в случае азимутального пеленгования наземных ИРИ приводит к снижению точности и достоверности пеленгования. The main disadvantage of the above methods is the use of information on elevation bearings in determining the coordinates of the IRI, which are measured with low (compared to azimuths) indicators of accuracy and reliability due to the insufficient resolution of the AR at small true elevation bearings to the ground IRI. In this case, information about the orientation of the LPS in space is used to transform the direction finding results, and not the radio signals received during the direction finding, which, in the case of azimuthal direction finding of ground-based ERS, leads to a decrease in the accuracy and reliability of direction finding.
Известен способ амплитудного двумерного пеленгования [Уфаев В.А., Волобуев М.Ф., Михайленко С.Б., Волков А.А. Способ амплитудного двухмерного пеленгования. Патент РФ № 260130, G01S 5/04 ], предполагающий преобразование принятых амплитуд сигналов в угловой спектр и определении направления на излучатель по его максимуму. Аналог может быть использован в наземных и авиационных радиотехнических системах для всеракурсного определения направления на источники излучений.The known method of amplitude two-dimensional direction finding [Ufaev VA, Volobuev MF, Mikhailenko SB, Volkov AA. Amplitude two-dimensional direction finding method. RF patent No. 260130,
Данный способ предполагает выполнение следующих процедур:This method involves the following procedures:
1. Прием излучаемого сигнала с помощью идентичных разнонаправленных антенн.1. Reception of the radiated signal using identical multidirectional antennas.
2. Измерение амплитуды принятых сигналов. Значение радиосигнала n-й антенны (
, ,
3. Преобразование измерений в угловой спектр3. Convert measurements to angular spectrum
4. Определение направления на излучатель путем максимизации углового спектра:4. Determination of the direction to the emitter by maximizing the angular spectrum:
Основными недостатками способа являются следующие:The main disadvantages of the method are as follows:
1. При формировании решающей статистики не учитывается пространственная ориентация ЛПС: крен, тангаж, рысканье (курс).1. When forming the decisive statistics, the spatial orientation of the LPS is not taken into account: roll, pitch, yaw (course).
2. Низкая точность пеленгования наземного ИРИ по углу места, когда отношение высоты полёта ЛПС к дальности до ИРИ составляет много меньше единицы (радиомониторинг ИРИ на дальностях до ЛПС близких к радиогоризонту), что является ограничением применимости данного способа на практике.2. Low accuracy of direction finding of the ground-based IRI in elevation, when the ratio of the flight altitude of the LPS to the range to the IRI is much less than one (radio monitoring of the SAR at ranges to the LPS close to the radio horizon), which is a limitation of the applicability of this method in practice.
3. Решающая статистика
4. Выражение (2) для решающей статистики обнаружения не учитывает наличие межканальной корреляции спектральных отсчетов временных реализаций, обусловленных наличием в реальных условиях приема радиосигналов внешних помех.4. Expression (2) for the decisive statistics of detection does not take into account the presence of inter-channel correlation of spectral samples of time realizations due to the presence of external interference in real conditions of receiving radio signals.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ азимутального пеленгования наземных источников радиоизлучения, представленный в [Артемова Е.С., Сличенко М.П. Азимутальное пеленгование наземных источников радиоизлучения при размещении плоской антенной решетки произвольной конфигурации на летательном аппарате. – Антенны, 2019, №3, с.53-61], принятый за прототип.The closest in technical essence to the proposed is the method of azimuthal direction finding of ground sources of radio emission, presented in [Artemova ES, Slichenko M.P. Azimuthal direction finding of ground-based sources of radio emission when placing a flat antenna array of arbitrary configuration on an aircraft. - Antennas, 2019, No. 3, p.53-61], taken as a prototype.
Способ-прототип включает выполнение следующих процедур.The prototype method includes the following procedures.
1. Многократный, последовательный во времени синхронный прием сигналов во временной области (одновременно попадающих в текущую полосу приема и анализа) с выходов всех антенн АР в пространственных каналах ОП, синхронный перенос на более низкую частоту, синхронное преобразование сигналов во временной области в цифровую форму, вычисление отсчетов быстрого преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора.1. Multiple, sequential in time, synchronous reception of signals in the time domain (simultaneously falling into the current reception and analysis band) from the outputs of all antenna arrays in the spatial channels of the OP, synchronous transfer to a lower frequency, synchronous conversion of signals in the time domain into digital form, calculation of fast Fourier transform samples of each digitized realization in each spatial channel of the detector-direction finder.
2. По каждому спектральному отчету вычисление канальных и взаимных (межканальных) энергий быстрого преобразования Фурье и накопление энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждому принятому сигналу, и формирование матрицы взаимных энергий, равной произведению накопленной матрицы взаимных энергий и матрицы , обратной к матрице корреляции аддитивного шума.2. For each spectral report, the calculation of channel and mutual (interchannel) energies of the fast Fourier transform and the accumulation of energies by summing their values calculated for each received signal, and the formation of a matrix mutual energies equal to the product accumulated matrix mutual energies and matrices inverse to the correlation matrix additive noise.
– матрица взаимных энергий сигналов, «накопленная» по серии из K>1 измерений, с элементами - a matrix of mutual signal energies "accumulated" over a series of K > 1 measurements, with elements
Значение комплексной амплитуды спектральной компоненты преобразования Фурье принимаемого радиосигнала на выходе n-й антенны,
где – комплексная амплитуда радиосигнала;Where - complex amplitude of the radio signal;
– вектор аддитивного шума. Is the vector of additive noise.
– комплексный отсчет (с порядковым номером nb =0…Nb-1) быстрого преобразования Фурье k-ого сигнала принятого в
k=1…К – порядковый номер принятого сигнала во временной области; k = 1 ... K is the sequence number of the received signal in the time domain;
– матрица корреляции аддитивного шума (при отсутствии корреляции шума матрица является диагональной); - matrix of correlation of additive noise (in the absence of correlation of noise, the matrix is diagonal);
3. Формирование единичного вектора
где
Вектор
4. Формирование одномерной векторной комплексной диаграммы направленности (ВКДН) АР с произвольными структурой и характеристиками направленности антенных элементов
для каждого обнаруженного сигнала на частоте
for each detected signal at frequency
В частном случае плоской кольцевой эквидистантной антенной решеткиIn the particular case of a flat annular equidistant antenna array
n, N – порядковый номер и количество АЭ,
f – частота ЭМ волны, МГц; f is the frequency of the EM wave, MHz;
5. Измерение значений пеленгационного рельефа (ПР) для каждого i-го обнаруженного сигнала на частоте
– ВКДН АР ОП в земной СК, зависящая от истинного азимута на ИРИ и трех углов ориентации ЛПС. - VKDN AR OP in the terrestrial SC, depending on the true azimuth to the IRI and three angles of orientation of the LPS.
6. Вычисление максимального значения ПР
7. Оценка направления прихода радиоволны для каждого i-го обнаруженного сигнала на частоте
Основными недостатками способа-прототипа являются следующие.The main disadvantages of the prototype method are as follows.
1. Реальные условия функционирования ОП характеризует насыщенная высокодинамичная электромагнитная обстановка, обусловленная в том числе загруженностью и насыщенностью радиочастотного спектра, образованного излучениями множества радиоэлектронных средств. При функционировании ОП в таких условиях на практике возможны случаи, когда принимаемый сигнал образован как прямой радиоволной от ИРИ, так и отраженной радиоволной от расположенных в области приема переизлучающих элементов. В частности, при размещении АР ОП на поверхности фюзеляжа воздушного носителя либо в качестве присоединяемой целевой нагрузки переизлучающими объектами могут являться как элементы конструкции носителя (например, стойки шасси), так и расположенное на внешней поверхности носителя штатное бортовое радиоэлектронное оборудование. Кроме того, насыщенность и загруженность радиочастного спектра может привести к случаям приема радиосигналов с взаимно перекрывающимися спектрами от нескольких ИРИ. Предлагаемое в способе-прототипе односигнальное пеленгование нескольких частотно-неразделимых радиосигналов в большинстве случаев приведет к аномальным ошибкам пеленгования. Поэтому обозначенные условия приема обуславливают необходимость выполнения процедур обнаружения спектральных компонент сигналов, их отождествления по принадлежности к одному и тому же ИРИ, а также оценки «достоверности» пеленгования ИРИ в условиях насыщенной электромагнитной обстановки. Выполнение данных процедур в прототипе не предусмотрено, что является недостатком, так как приводит к снижению показателей эффективности функционирования систем радиомониторинга при определении азимута и угла места на ИРИ с ЛПС в условиях реальной насыщенной электромагнитной обстановки.1. The real conditions of the OP functioning are characterized by a saturated highly dynamic electromagnetic environment, caused, among other things, by the congestion and saturation of the radio-frequency spectrum formed by the radiation of many radio-electronic means. When the OP operates in such conditions, in practice, cases are possible when the received signal is formed both by a direct radio wave from the IRR and by a reflected radio wave from re-emitting elements located in the receiving region. In particular, when placing an AR OP on the surface of the fuselage of an air carrier or as an attached target load, re-emitting objects can be both structural elements of the carrier (for example, landing gear), and standard avionics located on the outer surface of the carrier. In addition, the saturation and congestion of the radio frequency spectrum can lead to cases of receiving radio signals with mutually overlapping spectra from several SIRs. Proposed in the prototype method, single-signal bearing of several frequency-inseparable radio signals in most cases will lead to abnormal bearing errors. Therefore, the designated reception conditions necessitate the implementation of procedures for detecting the spectral components of signals, identifying them by belonging to the same IRI, as well as assessing the "reliability" of the direction finding of IRI in a saturated electromagnetic environment. The implementation of these procedures in the prototype is not provided, which is a disadvantage, since it leads to a decrease in the performance indicators of the radio monitoring systems when determining the azimuth and elevation angle on the ERS with LPS in a real saturated electromagnetic environment.
2. В процессе полета носитель по различным причинам выполняет воздушные маневры, включая разворот, в процессе выполнения которых результаты пеленгования могут являться недостоверными ввиду значительных изменений углов ориентации летательного аппарата, приводящих к приему радиосигналов за пределами рабочего сектора углов. Однако в прототипе не предусмотрена оценка «достоверности» пеленгования ИРИ, что является недостатком. Реализация данной оценки обеспечит необходимую селекцию результатов пеленгования по показателю достоверности с повышением точности и достоверности пеленгования ИРИ с ЛПС в реальных условиях.2. During the flight, the carrier for various reasons performs air maneuvers, including a turn, in the course of which the direction finding results may be unreliable due to significant changes in the orientation angles of the aircraft, leading to the reception of radio signals outside the working sector of the angles. However, the prototype does not provide for an assessment of the "reliability" of the direction finding of the IRI, which is a disadvantage. The implementation of this assessment will provide the necessary selection of direction finding results in terms of reliability with an increase in the accuracy and reliability of direction finding for IRI with LPS in real conditions.
3. В прототипе учитывается наличие межканальной корреляции принимаемых спектральных компонент радиосигналов, обусловленной наличием в реальных условиях внешних помех, при этом матрица ковариации предполагается известной. Однако в большинстве практических ситуаций матрицу можно считать известной лишь с точностью до некоторого скалярного множителя, характеризующего априорно неизвестную интенсивность помех в различных пространственных каналах приема. Используемое в способе-прототипе предположение об известной матрице ковариации является недостатком, существенным образом ограничивающим область применимости и показатели работоспособности в реальных условиях.3. The prototype takes into account the presence of interchannel correlation of the received spectral components of radio signals due to the presence of external interference in real conditions, while the covariance matrix supposed to be known. However, in most practical situations, the matrix can be considered known only up to a certain scalar factor characterizing the a priori unknown intensity of interference in various spatial reception channels. Used in the prototype method, the assumption of the known covariance matrix is a disadvantage that significantly limits the scope and performance indicators in real conditions.
Указанные недостатки способа-прототипа обуславливают снижение показателей эффективности его функционирования при реализации в системах радиомониторинга для определения азимута и угла места на наземные ИРИ с ЛПС в реальных условиях насыщенной высокодинамичной электромагнитной обстановки.The indicated disadvantages of the prototype method cause a decrease in the performance indicators of its functioning when implemented in radio monitoring systems to determine the azimuth and elevation angle to ground-based ERS with LPS in real conditions of a saturated highly dynamic electromagnetic environment.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение эффективности азимутального пеленгования наземных ИРИ с борта ЛПС многоканальных моноимпульсных обнаружителей-пеленгаторов.The problem to be solved by the proposed technical solution is to increase the efficiency of azimuth direction finding of ground-based radiation sources from the LPS of multi-channel monopulse detectors-direction finders.
Для решения поставленной задачи в способе обнаружения и азимутального пеленгования наземных источников радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС), включающем многократный последовательный во времени синхронный прием сигналов во временной области, одновременно попадающих в текущую полосу приема и анализа с выходов всех антенн антенной решетки (АР) в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора (ОП), синхронный перенос на более низкую частоту, синхронное преобразование сигналов во временной области в цифровую форму, вычисление отсчетов быстрого преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора, по каждому спектральному отчету вычисление канальных и взаимных – межканальных энергий быстрого преобразования Фурье и накопление энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждому принятому сигналу, и формирование матрицы взаимных энергий, равной произведению накопленной матрицы взаимных энергий сигналов по серии из K>1 измерений и матрицы , обратной к матрице корреляции аддитивного шума, формирование единичного вектора
где – матрица коэффициентов межканальной корреляции аддитивного шума;Where - matrix of coefficients of interchannel correlation of additive noise;
оценивают «достоверность» пеленгования ИРИ по результатам вычисления и сравнения решающей статистики с порогом h, выбираемым согласно критерию Неймана-Пирсона,
Более универсальным и сообразным физической сущности процесса пеленгования наземного ИРИ с произвольно ориентированного в пространстве ЛПС представляется использование следующих исходных предпосылок:More universal and consistent with the physical essence of the process of direction finding of a ground IRI from an LPS arbitrarily oriented in space seems to be the use of the following initial assumptions:
– задача пеленгования формулируется и решается в одной и той же неподвижной земной СК, в которой определено понятие пеленга на ИРИ и математически корректно его использование для решения задачи определения координат ИРИ триангуляционным способом;- the direction finding problem is formulated and solved in the same stationary earth CS, in which the concept of bearing to the IRI is defined and mathematically correct to use it to solve the problem of determining the coordinates of the IRI by a triangulation method;
– изменение ориентации ЛПС в пространстве обуславливает соответствующее изменение ориентации АР в земной СК, а вместе с ним – изменение «отклика» АР, характеризуемого ВКДН АР.- a change in the orientation of the LPS in space causes a corresponding change in the orientation of the AR in the earth's SC, and with it - a change in the “response” of the AR, characterized by the VKDN AR.
Действительно, истинные значения напряжений на выходах АР от принимаемой радиоволны ИРИ, имеющего фиксированный азимут, зависят от углов ориентации АР, что необходимо учитывать посредством преобразования ВКДН АСР (а не результатов пеленгования) в неподвижную СК.Indeed, the true values of the voltages at the outputs of the AA from the received radio wave of the IRI, which has a fixed azimuth, depend on the orientation angles of the AR, which must be taken into account by converting the VKDN ACR (and not the direction finding results) into a stationary CS.
Предлагаемый способ обнаружения и азимутального пеленгования наземных ИРИ с летно-подъемного средства включает выполнение следующих процедур.The proposed method for detecting and azimuthal direction finding of ground-based radiation sources from a flight-lifting device includes the following procedures.
1. Многократный последовательный во времени синхронный прием сигналов во временной области (одновременно попадающих в текущую полосу приема и анализа) с выходов всех антенн АР в пространственных каналах ОП, синхронный перенос на более низкую частоту, синхронное преобразование сигналов во временной области в цифровую форму, вычисление отсчетов быстрого преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора.1. Multiple time-sequential synchronous reception of signals in the time domain (simultaneously falling into the current reception and analysis band) from the outputs of all antenna arrays in the spatial channels of the OP, synchronous transfer to a lower frequency, synchronous conversion of signals in the time domain into digital form, computation samples of fast Fourier transform of each digitized realization in each spatial channel of the detector-direction finder.
2. По каждому спектральному отсчету вычисление канальных и взаимных (межканальных) энергий быстрого преобразования Фурье и накопление энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждому принятому сигналу, и формирование нормированной матрицы взаимных энергий, равной произведению накопленной матрицы взаимных энергий и матрицы , обратной к матрице коэффициентов корреляции аддитивного шума.2. For each spectral sample, the calculation of the channel and mutual (interchannel) energies of the fast Fourier transform and the accumulation of energies by summing their values calculated for each received signal, and the formation of a normalized matrix mutual energies equal to the product accumulated matrix mutual energies and matrices inverse to the matrix of correlation coefficients additive noise.
– матрица взаимных энергий сигналов, «накопленная» по серии из K>1 измерений, с элементами - a matrix of mutual signal energies "accumulated" over a series of K> 1 measurements, with elements
Значение комплексной амплитуды спектральной компоненты преобразования Фурье принимаемого радиосигнала на выходе n-й антенны,
где – комплексная амплитуда радиосигнала;Where - complex amplitude of the radio signal;
– вектор аддитивного шума; - vector of additive noise;
– комплексный отсчет (с порядковым номером nb =0…Nb-1) быстрого преобразования Фурье k-ого сигнала принятого в
k=1…К – порядковый номер принятого сигнала во временной области; k = 1 ... K is the sequence number of the received signal in the time domain;
– матрица коэффициентов межканальной корреляции аддитивного шума (при отсутствии корреляции шума матрица является диагональной единичной); - matrix of coefficients of interchannel correlation of additive noise (in the absence of correlation of noise, the matrix is a diagonal unit);
3. Адаптивное обнаружение спектральных компонент сигналов ИРИ, заключающееся в формировании нормированной матрицы взаимных энергий, по результатам которого одновременно вычисляются суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы и квадрат суммы диагональных элементов нормированной матрицы, результаты вычислений которых подставляются в формулу решающей статистики и далее сравнивают решающую статистику с порогом, выбираемому по критерию Неймана-Пирсона. [Артемов М.Л., Афанасьев О.В., Абрамова Е.Л. Сличенко М.П. Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения. Патент РФ № 2696022 G01S 5/04 ].3. Adaptive detection of spectral components of signals of IRI, which consists in the formation of a normalized matrix of mutual energies, according to the results of which the sums of the diagonal elements of the square of the normalized matrix and the square of the sum of the diagonal elements of the normalized matrix are simultaneously calculated, the results of which are substituted into the formula of the decision statistics and then compare the threshold selected by the Neumann-Pearson criterion. [Artemov M.L., Afanasiev O. V., Abramova E.L. Slichenko M.P. A method for adaptive spatial-multichannel detection of spectral components of signals from radio sources. RF patent No. 2696022
4. Адаптивное отождествление спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного ИРИ, заключающееся в формировании нормированной матрицы взаимных энергий, по результатам которого одновременно вычисляются суммы диагональных элементов и произведения сумм диагональных элементов, результаты вычисления которых подставляются в решающую статистику, которая сравнивается с порогом, выбираемым по критерию Неймана-Пирсона [Артемов М.Л., Афанасьев О.В., Абрамова Е.Л.. Коненков Е.А., Сличенко М.П. Способ адаптивного отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения. Патент РФ № 2696093 G01S 5/04 ].4. Adaptive identification of spectral components by belonging to a signal of one IRI, which consists in the formation of a normalized matrix of mutual energies, according to the results of which the sums of diagonal elements and the products of sums of diagonal elements are simultaneously calculated, the calculation results of which are substituted into the decisive statistics, which is compared with the threshold selected by Neumann-Pearson criterion [Artemov ML, Afanasyev OV, Abramova EL .. Konenkov EA, Slichenko MP Method for adaptive identification of spectral components by belonging to the signal of one radio emission source. RF patent No. 2696093
5. Формирование единичного вектора
где
Вектор
6. Формирование одномерной ВКДН АР с произвольными структурой и характеристиками направленности антенных элементов
() для каждого обнаруженного сигнала на частоте
( ) for each detected signal at frequency
В частном случае плоской кольцевой эквидистантной антенной решеткиIn the particular case of a flat annular equidistant antenna array
n, N – порядковый номер и количество АЭ,
f – частота ЭМ волны, МГц; f is the frequency of the EM wave, MHz;
7. Измерение значений адаптивного к неизвестной интенсивности шума пеленгационного рельефа (ПР) для каждого i-го обнаруженного сигнала на частоте
– ВКДН АР ОП в земной СК, зависящая от истинного азимута на ИРИ и трех углов ориентации ЛПС. - VKDN AR OP in the terrestrial SC, depending on the true azimuth to the IRI and three angles of orientation of the LPS.
8. Вычисление максимального значения адаптивного к неизвестной интенсивности шума ПР
9. Оценка направления прихода радиоволны для каждого i-го обнаруженного сигнала на частоте
10. Оценку достоверности результатов пеленгования, включающую проверку выполнение неравенства10. Evaluation of the reliability of direction finding results, including checking the fulfillment of the inequality
где h – порог, выбираемый согласно критерию Неймана-Пирсона,
Предлагаемый способ азимутального обнаружения и пеленгования наземных ИРИ с летно-подъемного средства лишен перечисленных выше недостатков существующих аналогов, а именно:The proposed method for azimuthal detection and direction finding of ground-based IRI from an air-lifting device is devoid of the above-mentioned disadvantages of existing analogues, namely:
1. ПР (4) учитывает пространственную ориентацию ЛПС: крен, тангаж, рысканье (курс). Изменение ориентации ЛПС в пространстве обуславливает соответствующее изменение ориентации АР в земной СК, а вместе с ним – изменение «отклика» АР, характеризуемого ВКДН АР. 1. PR (4) takes into account the spatial orientation of the LPS: roll, pitch, yaw (course). A change in the orientation of the LPS in space causes a corresponding change in the orientation of the AR in the earth's SC, and with it, a change in the “response” of the AR, which is characterized by the VKDN AR.
2. Решающее правило предлагаемого способа справедливо в случае АР с произвольной структурой и характеристиками направленности антенных элементов. Это позволяет использовать предлагаемый способ в реальных условиях функционирования обнаружителей-пеленгаторов, когда имеют место взаимные влияния антенн друг на друга.2. The decisive rule of the proposed method is valid in the case of an antenna array with an arbitrary structure and directivity characteristics of the antenna elements. This allows the proposed method to be used in real operating conditions of detectors-direction finders, when there are mutual influences of antennas on each other.
3. Выражение (4) для ПР учитывает наличие межканальной корреляции, обусловленных наличием в реальных условиях внешних помех, что позволяет при разработке обнаружителей-пеленгаторов проводить анализ достижимых показателей эффективности пеленгования сигналов ИРИ в условиях насыщенной электромагнитной обстановки, 3. Expression (4) for PR takes into account the presence of interchannel correlation due to the presence of external interference in real conditions, which allows, when developing detectors-direction finders, to analyze the achievable indicators of the effectiveness of direction finding of signals of radiation sources under conditions of a saturated electromagnetic environment,
4. Предлагаемый способ лишен ошибок пеленгования связанных с низкой точностью определения угла места на наземный ИРИ на дальностях до ЛПС близких к радиогоризонту.4. The proposed method is devoid of direction finding errors associated with the low accuracy of determining the elevation angle to the ground-based SIR at ranges to LPS close to the radio horizon.
Предлагаемый способ азимутального обнаружения и пеленгования наземных ИРИ с летно-подъемного средства лишен перечисленных выше недостатков прототипа, а именно:The proposed method of azimuthal detection and direction finding of ground-based IRI from a flight-lifting device is devoid of the above-mentioned disadvantages of the prototype, namely:
1. Предлагаемый способ предполагает выполнение процедур обнаружения спектральных компонент сигналов, их отождествления по принадлежности к одному и тому же ИРИ, а также оценки «достоверности» пеленгования ИРИ в условиях насыщенной электромагнитной обстановки. Выполнение данных процедур позволяет повысить показатели эффективности функционирования систем радиомониторинга при определении азимута и угла места на ИРИ с ЛПС в условиях реальной насыщенной электромагнитной обстановки, характеризуемой насыщенностью и загруженностью радиочастотного спектра.1. The proposed method involves the implementation of procedures for the detection of spectral components of signals, their identification by belonging to the same IRI, as well as the assessment of the "reliability" of the direction finding of the IRR in a saturated electromagnetic environment. The implementation of these procedures makes it possible to increase the performance indicators of the radio monitoring systems when determining the azimuth and elevation angle on the ERS with LPS in a real saturated electromagnetic environment, characterized by the saturation and congestion of the radio frequency spectrum.
2. Выполняемая в предлагаемом способе оценка «достоверности» пеленгования ИРИ обеспечивает необходимую селекцию результатов пеленгования (в том числе, в процессе выполнения носителем воздушных маневров, включая разворот, со значительными изменениями углов ориентации летательного аппарата, приводящими к приему радиосигналов за пределами рабочего сектора углов) по показателю достоверности с повышением точности и достоверности пеленгования ИРИ с ЛПС в реальных условиях.2. The assessment of the "reliability" of the direction finding of the IRI carried out in the proposed method provides the necessary selection of the direction finding results (including, in the process of performing air maneuvers by the carrier, including a turn, with significant changes in the orientation angles of the aircraft, leading to the reception of radio signals outside the working sector of the angles) in terms of reliability with an increase in the accuracy and reliability of direction finding for IRI with LPS in real conditions.
3. Заявляемый способ позволяет учитывать не только наличие межканальной корреляции принимаемых спектральных компонент радиосигналов, обусловленной наличием в реальных условиях внешних помех, но и в отличие от прототипа, является работоспособным в условиях априорно неизвестной интенсивности помех в различных пространственных каналах приема. Показатели эффективности предлагаемого способа, включая характеристики обнаружения, отождествления спектральных компонент сигналов по принадлежности к одному ИРИ и оценивания достоверности результатов пеленгования адаптивны к величине интенсивности помех.3. The inventive method allows to take into account not only the presence of inter-channel correlation of the received spectral components of radio signals due to the presence of external interference in real conditions, but also, unlike the prototype, is efficient under conditions of a priori unknown interference intensity in various spatial reception channels. Efficiency indicators of the proposed method, including the characteristics of detection, identification of spectral components of signals by belonging to one IRI and estimation of the reliability of direction finding results are adaptive to the magnitude of the interference intensity.
Предлагаемый способ обнаружения и азимутального пеленгования наземных ИРИ с летно-подъемного средства обеспечивает повышение эффективности пеленгования за счет того, что способ основан на использовании навигационной информации об углах пространственной ориентации АР и преобразовании не результатов пеленгования, а характеристик направленности АР (ВКДН) из связанной подвижной СК в неподвижную СК, связанную с Землей. Это позволяет повысить точность и достоверность азимутального пеленгования наземного ИРИ, и последующего определения координат ИРИ триангуляционным способом. Формула (4) ПР учитывает ориентацию ЛПС в пространстве и межканальную корреляцию радиосигналов, обусловленную наличием в реальных условиях внешних помех, справедлива в случае АР с произвольной структурой и характеристиками направленности антенных элементов.The proposed method for detecting and azimuthal direction finding of ground-based radars from an airborne lifting device provides an increase in the efficiency of direction finding due to the fact that the method is based on the use of navigation information about the angles of the spatial orientation of the AR and converting not the results of direction finding, but the directivity characteristics of the AR (VKDN) from the associated mobile SC into a motionless SC connected to the Earth. This makes it possible to increase the accuracy and reliability of the azimuthal direction finding of the ground-based IRI, and the subsequent determination of the coordinates of the IRI by a triangulation method. Formula (4) PR takes into account the orientation of the LPS in space and the inter-channel correlation of radio signals due to the presence of external interference in real conditions, is valid in the case of an antenna array with an arbitrary structure and directivity characteristics of antenna elements.
В частном случае, при нулевых углах крена, тангажа и рысканья (φ – угол крена, θ – угол тангажа, ψ – угол рысканья), формула ПР
Оценка
. ...
Таким образом, предлагаемый способ обнаружения и азимутального пеленгования наземных ИРИ с летно-подъемного средства в частном случае применим при размещении ОП на поверхности Земли, что расширяет область применимости предлагаемого способа.Thus, the proposed method for detecting and azimuthal direction finding of ground-based radiation sources from a flight-lifting device is, in a particular case, applicable when placing the OP on the Earth's surface, which expands the field of applicability of the proposed method.
Схема устройства для реализации предлагаемого способа представлена на фиг. 1, где обозначено:A diagram of a device for implementing the proposed method is shown in Fig. 1, where it is indicated:
1 – блок многократного многоканального приема временных реализаций и переноса на более низкую частоту;1 - block of multiple multichannel reception of temporary realizations and transfer to a lower frequency;
2 – блок оцифровки временных реализаций;2 - block for digitizing temporary realizations;
3 – блок вычисления преобразования Фурье временных реализаций;3 - block for calculating the Fourier transform of time realizations;
4 – блок вычисления канальных спектров; 4 - block for calculating channel spectra;
5 – блок вычисления взаимных спектров;5 - block for calculating mutual spectra;
6 – блок накопления матриц взаимных энергий;6 - block of accumulation of matrices of mutual energies;
7 – блок обнаружения спектральных компонент сигналов ИРИ;7 - block for detecting spectral components of signals of radiation sources;
8 – блок отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения;8 - block for identification of spectral components by belonging to a signal of one radio source;
9 – блок запоминания текущих навигационных параметров ЛПС (крен, тангаж, рысканье);9 - block for storing the current navigation parameters of the LPS (roll, pitch, yaw);
10 – блок формирования значений единичного вектора
11 – блок формирования ВКДН АР в земной СК;11 - block of formation of VKDN AR in the terrestrial SC;
12 – блок формирования значений ПР;12 - block of formation of PR values;
13 – блок определения максимума ПР;13 - block for determining the maximum PR;
14 – блок оценки достоверности направления на ИРИ.14 - block for assessing the reliability of the direction to the IRI.
Устройство (обнаружитель-пеленгатор) содержит последовательно соединенные блок многократного многоканального приема временных реализаций и переноса на более низкую частоту 1, блок оцифровки временных реализаций 2 и блок вычисления преобразования Фурье временных реализаций 3, выходы которого соединены соответственно с входами блока вычисления канальных спектров 4 и блока вычисления взаимных спектров 5. При этом выходы блоков вычисления канальных спектров 4 и вычисления взаимных спектров 5 соединены с соответствующими входами блока накопления матриц взаимных энергий 6, выход которого через последовательно соединенные блок 7 обнаружения спектральных компонент сигналов ИРИ, блок 8 отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения, блок запоминания текущих навигационных параметров ЛПС в пространстве 9, блок формирования значений единичного вектора
Устройство для реализации заявляемого способа работает следующим образом.The device for implementing the proposed method operates as follows.
Блок 1 осуществляет многократный, последовательный во времени синхронный (когерентный) прием временных реализаций с выходов всех антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора и когерентный перенос на более низкую частоту. Затем блок 2 синхронно преобразует принятые временные реализации в цифровую форму. В блоке 3 для каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора происходит вычисление отсчетов преобразования Фурье . По каждому из анализируемой пары спектральных отчетов преобразования Фурье с помощью блока 4 выполняется вычисление действительных канальных и параллельно с этим в блоке 5 вычисление комплексных взаимных энергий .
По результатам вычисления блоков 4 и 5 в блоке 6 происходит накопление для каждой пары спектральных отчетов по каждой из принятых временных реализаций канальных и взаимных энергий спектральных компонент путем суммирования их значений, вычисленных по каждой из принятых временных реализаций According to the results of calculating
В блоке адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов 7 формируется нормированная матрица взаимных энергий, по результатам которой одновременно вычисляются суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы и квадрат суммы диагональных элементов нормированной матрицы, результаты вычислений подставляются в формулу решающей статистики [Артемов М.Л., Афанасьев О.В., Абрамова Е.Л.. Сличенко М.П. Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения. Патент РФ № 2696022 G01S 5/04 ] и далее сравнивают решающую статистику с порогом, выбираемым по критерию Неймана-Пирсона. В случае превышения порога в блоке 8 спектральные компоненты отождествляются по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения путем формирования нормированной матрицы взаимных энергий, по результатам которой одновременно вычисляются суммы диагональных элементов и произведения сумм диагональных элементов, результаты которых подставляются в решающую статистику, которая сравнивается с порогом, выбираемым по критерию Неймана-Пирсона [Артемов М.Л., Афанасьев О.В., Абрамова Е.Л.. Коненков Е.А., Сличенко М.П. Способ адаптивного отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения. Патент РФ № 2696093 G01S 5/04 ]. В блоке 9 запоминаются текущие навигационные параметры ЛПС (крен, тангаж, рысканье). Далее в блоке 10 формируются значения единичного вектора
Получены результаты статистического моделирования способа обнаружения и азимутального пеленгования наземных ИРИ с летно-подъемного средства. На фиг. 2 – 4 представлены результаты статистического моделирования для семиэлементной (N=7) эквидистантной кольцевой антенной решетки при отношении радиуса ЭКАР к длине волны
На фиг. 2 представлена азимутальная зависимость функции неопределенности (ФН) – пеленгационного рельефа при бесконечно большом отношении сигнал/шум – в случае ОП с семиэлементной ЭКАР при отношении радиуса решетки к длине волны
На фиг. 3а – 4а представлены зависимости ФН от азимута и угла места при нулевых углах ориентации ЛПС, отношении радиуса решетки к длине волны
Из приведенных рисунков видно, что с увеличением отношения радиуса решетки к длине волны
На фигурах 5 и 6 приведена зависимость максимального уровня бокового лепестка (МУБЛ) ФН от отношения радиуса семиэлементной решетки к длине волны
Видно, что отсутствие преобразования ВКДН АР из связанной СК в неподвижную СК, связанную с Землей, в способах азимутального пеленгования приводит к уменьшению верхней частоты рабочего диапазона частот. Так, при ориентация АР в пространстве, обеспечивающих угол прихода радиоволны 20 градусов в вертикальной плоскости относительно плоскости АР, МУБЛ при
Таким образом, использование навигационной информации об углах пространственной ориентации АР позволяет осуществлять поиск азимута на ИРИ в криволинейном срезе двумерного азимутально-угломестного пеленгационного рельефа, соответствующем эволюции ориентации вектора направления прихода радиоволны в азимутальном круге при произвольной ориентации ЛПС. Предлагаемый способ пеленгования, основанный на преобразовании ВКДН АР из связанной СК в земную с учетом углов ориентации ЛПС, позволяет повысить точность и достоверность азимутального пеленгования наземного ИРИ, и последующего определения координат ИРИ триангуляционным способом.Thus, the use of navigation information about the angles of the spatial orientation of the AR allows the search for the azimuth on the SAR in the curvilinear cut of the two-dimensional azimuthal-elevation direction-finding relief corresponding to the evolution of the orientation of the direction of arrival of the radio wave in the azimuth circle with an arbitrary orientation of the LPS. The proposed method of direction finding, based on the conversion of the VKDN AR from a coupled SC to a terrestrial one, taking into account the LPS orientation angles, makes it possible to increase the accuracy and reliability of the azimuthal direction finding of the ground AIR, and the subsequent determination of the coordinates of the AIR by a triangulation method.
Достигаемый технический результат – повышение эффективности азимутального пеленгования наземных ИРИ многоканальным пеленгатором.The achieved technical result is an increase in the efficiency of azimuth direction finding of ground-based IRI by a multi-channel direction finder.
Технический результат достигается за счет использования навигационной информации об углах пространственной ориентации АР и преобразовании не результатов пеленгования, а характеристик направленности АР из связанной подвижной СК в неподвижную СК, связанную с Землей. Это позволяет осуществлять пеленгование и поиск азимута на ИРИ в криволинейном срезе двумерного азимутально-угломестного пеленгационного рельефа, соответствующем эволюции ориентации вектора направления прихода радиоволны в азимутальном круге при произвольной ориентации АР, размещенной на ЛПС. Благодаря такому учету информации об ориентации ЛПС обеспечивается повышение точности и достоверности пеленгования наземных ИРИ, и последующего определения координат наземных ИРИ триангуляционным способом.The technical result is achieved through the use of navigation information about the angles of the spatial orientation of the AR and the conversion not of the results of direction finding, but of the directivity characteristics of the AR from a connected mobile SC into a stationary SC connected to the Earth. This makes it possible to carry out direction finding and search for the azimuth on the SAR in a curvilinear cut of the two-dimensional azimuthal-elevation direction finding relief corresponding to the evolution of the orientation of the vector of the direction of arrival of the radio wave in the azimuth circle with an arbitrary orientation of the AR located on the LPS. Due to this accounting of information about the orientation of the LPS, an increase in the accuracy and reliability of the direction finding of ground-based RES, and the subsequent determination of the coordinates of ground-based RES by a triangulation method, is provided.
По результатам пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент радиосигналов ИРИ, отождествления компонент по принадлежности к сигналам одного и того же ИРИ выполняется оценка направления на ИРИ путем глобальной максимизации решающей функции – пеленгационного рельефа, зависящего от ВКДН АР ОП, накопленной в серии измерений матрицы взаимных энергий спектральных компонент сигнала ИРИ и матрицы ковариации аддитивного шума.Based on the results of the spatial-multichannel detection of spectral components of the radio signals of SIR, the identification of the components by belonging to the signals of the same SIR, the direction to the SIR is estimated by global maximization of the decisive function - the direction finding relief, which depends on the VKDN AR OP accumulated in a series of measurements of the matrix of mutual spectral energies. the signal component of the IRI and the covariance matrix of the additive noise.
ВКДН АР характеризует структуру и характеристики направленности антенных элементов АР в азимутально-угломестной плоскости и определяется в СК, связанной с АР. Ввиду этого, положение глобального максимума пеленгационного рельефа соответствует оценкам углов ориентации единичного вектора направления прихода радиоволны в СК, связанной с АР, и в случае плоской АР – углов ориентации относительно плоскости расположения антенных элементов.VKDN AR characterizes the structure and directivity characteristics of the antenna elements of the AR in the azimuthal-elevation plane and is determined in the SC associated with the AR . In view of this, the position of the global maximum of the direction finding relief corresponds to the estimates of the orientation angles of the unit vector of the direction of arrival of the radio wave in the SC associated with the AR, and in the case of a flat AR, the angles of orientation relative to the plane of the antenna elements.
Задачу азимутального пеленгования наземного ИРИ с ЛПС сформулируем следующим образом: по совокупности наблюдаемых данных – комплексных амплитуд напряжений на выходах АР ОП, а также измерений углов ориентации ЛПС в пространстве, необходимо разработать правило принятия решения о справедливой статистической гипотезе: о наличии либо отсутствии радиоволны ИРИ, излучающего с некоторого азимута в неподвижной земной СК (топографической проекции Гаусса-Крюгера).We will formulate the problem of azimuthal direction finding of ground-based IRI with LPS as follows: based on the set of observed data - complex amplitudes of voltages at the outputs of the AR of the OP, as well as measurements of the orientation angles of the LPS in space, it is necessary to develop a rule for making a decision on a fair statistical hypothesis: about the presence or absence of a radio wave of IRI, emitting from a certain azimuth in a stationary earth SC (topographic projection of Gauss-Kruger).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103268A RU2732505C1 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103268A RU2732505C1 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2732505C1 true RU2732505C1 (en) | 2020-09-18 |
Family
ID=72516452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020103268A RU2732505C1 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732505C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760975C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-12-02 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining radiation source location from aircraft |
| RU2764149C1 (en) * | 2021-06-24 | 2022-01-13 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Angle-correlation method for determining the location of ground-based sources of radio emission |
| RU2768011C1 (en) * | 2021-06-23 | 2022-03-23 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for single-step adaptive determination of coordinates of radio-frequency sources |
| RU2768217C1 (en) * | 2021-06-23 | 2022-03-23 | Акционерное общество Концерн Созвездие | Method for adaptive multichannel detection of radio signals in interference conditions with unknown parameters |
| RU2773307C1 (en) * | 2021-06-24 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for determining the geographical coordinates of radio emission sources in a multi-purpose environment |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2434239C1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" | Method of locating radio signal source and device for realising said method |
| CN104280720A (en) * | 2014-10-23 | 2015-01-14 | 西安电子科技大学 | Method for designing transmitting directional diagram of foresight airborne radar |
| CN104808178A (en) * | 2014-01-23 | 2015-07-29 | 西安电子科技大学 | Method for designing transmitting direction diagram of airborne radar |
| EP3022573A1 (en) * | 2013-07-19 | 2016-05-25 | Thales | Device for detecting electromagnetic signals |
| RU2610150C1 (en) * | 2016-03-29 | 2017-02-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining ground radio-frequency source coordinates when performing on-board radio-direction finding |
| RU2620130C1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-05-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of amplitude two-dimensional direction-finding bearing |
| RU2638177C1 (en) * | 2016-06-29 | 2017-12-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for determining source of radio emissions coordinate from aircraft |
| RU2696095C1 (en) * | 2019-02-20 | 2019-07-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for two-dimensional monopulse direction finding of radio emission sources |
| WO2019155625A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | 三菱電機株式会社 | Radar device |
-
2020
- 2020-01-27 RU RU2020103268A patent/RU2732505C1/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2434239C1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" | Method of locating radio signal source and device for realising said method |
| EP3022573A1 (en) * | 2013-07-19 | 2016-05-25 | Thales | Device for detecting electromagnetic signals |
| CN104808178A (en) * | 2014-01-23 | 2015-07-29 | 西安电子科技大学 | Method for designing transmitting direction diagram of airborne radar |
| CN104280720A (en) * | 2014-10-23 | 2015-01-14 | 西安电子科技大学 | Method for designing transmitting directional diagram of foresight airborne radar |
| RU2620130C1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-05-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of amplitude two-dimensional direction-finding bearing |
| RU2610150C1 (en) * | 2016-03-29 | 2017-02-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining ground radio-frequency source coordinates when performing on-board radio-direction finding |
| RU2638177C1 (en) * | 2016-06-29 | 2017-12-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for determining source of radio emissions coordinate from aircraft |
| WO2019155625A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | 三菱電機株式会社 | Radar device |
| RU2696095C1 (en) * | 2019-02-20 | 2019-07-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for two-dimensional monopulse direction finding of radio emission sources |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| АРТЕМОВА Е.С., СЛИЧЕНКО М.П. Азимутальное пеленгование наземных источников радиоизлучения при размещении плоской антенной решетки произвольной конфигурации на летательном аппарате // Антенны, 2019 г., N.3, сс.53-61. * |
| АРТЕМОВА Е.С., СЛИЧЕНКО М.П. Азимутальноепеленгование наземных источников радиоизлучения при размещении плоской антенной решеткипроизвольной конфигурации на летательном аппарате // Антенны, 2019 г., N.3, сс.53-61. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760975C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-12-02 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining radiation source location from aircraft |
| RU2768011C1 (en) * | 2021-06-23 | 2022-03-23 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for single-step adaptive determination of coordinates of radio-frequency sources |
| RU2768217C1 (en) * | 2021-06-23 | 2022-03-23 | Акционерное общество Концерн Созвездие | Method for adaptive multichannel detection of radio signals in interference conditions with unknown parameters |
| RU2764149C1 (en) * | 2021-06-24 | 2022-01-13 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Angle-correlation method for determining the location of ground-based sources of radio emission |
| RU2773307C1 (en) * | 2021-06-24 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for determining the geographical coordinates of radio emission sources in a multi-purpose environment |
| RU2841365C1 (en) * | 2024-07-24 | 2025-06-06 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of locating ground-based radiation source using phase direction-finder on copter |
| RU2834277C1 (en) * | 2024-07-30 | 2025-02-05 | Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" | Method of determining location of fixed radio-frequency radiation sources in single-coordinate direction-finding in associated coordinate system of aircraft |
| RU2834965C1 (en) * | 2024-08-01 | 2025-02-19 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for monopulse direction finding of polarized radio signal sources |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7916068B2 (en) | Generalized inner product method and apparatus for improved detection and discrimination | |
| EP4050364B1 (en) | Radar detection using angle of arrival estimation based on scaling parameter with pruned sparse learning of support vector | |
| US11454702B2 (en) | Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar device | |
| RU2732505C1 (en) | Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means | |
| US10317520B2 (en) | Radar system | |
| US8378885B2 (en) | Device and method for locating a mobile approaching a surface reflecting electromagnetic waves | |
| US7233285B2 (en) | Correlation interferometer geolocation | |
| US5615175A (en) | Passive direction finding device | |
| CN101960327A (en) | Carry out the apparatus and method that direction is estimated and decoded by means of the secondary radar signal with improvement | |
| CN108462545B (en) | Ionosphere foF based on single receiving station2Parameter reconstruction method | |
| Inggs et al. | Planning and design phases of a commensal radar system in the FM broadcast band | |
| RU2373551C1 (en) | Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets | |
| RU2275649C2 (en) | Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources | |
| RU2661357C1 (en) | Method of reviewing passive single-positive monopulse triple-oriented angular-differential-doppler locations of moving in space of the radio-emitting objects | |
| RU2768011C1 (en) | Method for single-step adaptive determination of coordinates of radio-frequency sources | |
| Tsai et al. | HF Radio Angle-of-Arrival Measurements and Ionosonde Positioning. | |
| Zhyla et al. | Uav-born narrowband radar complex for direction finding of radio sources | |
| RU2523650C2 (en) | Method for single-step location of short-wave radiation source | |
| US10422644B2 (en) | Method for improving target location accuracy in a direction finding system | |
| RU2620130C1 (en) | Method of amplitude two-dimensional direction-finding bearing | |
| RU2603971C1 (en) | Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor | |
| Yonemoto et al. | Bi-static millimeter wave radar connected by radio over fiber for FOD detection on runways | |
| RU2720948C1 (en) | Method of measuring elevation angle of aerial object in meter range of electromagnetic waves using electronic map of area | |
| RU2567850C1 (en) | Aerial object direction finding method | |
| RU2716145C1 (en) | Method for spatial localization of radio-emitting objects |