Спосіб визначення місцерозташування джерел радіовипромінювання в ближній зоні

Реферат: Спосіб визначення місця знаходження джерел радіовипромінювання у ближній зоні, який полягає в тому, що приймають випромінюваний ДРВ радіосигнал кожним з M 1 ідентичних елементів еквідистантної лінійної антенної решітки (АР) радіопеленгатора, розташованих один відносно другого на відстані половини середньої довжини хвилі  0 частотного діапазону, який підсилюють в кожному приймальному каналі, вимірюють частоту f прийнятого сигналу, визначають напрямок приходу сигналу (пеленг), попередньо оцінюють дальність до ДРВ і виконують процедуру уточнення координат ДРВ, причому здійснюють скорочення часу визначення місця розташування ДРВ в БЗ на основі зменшення числа операцій обробки сигналу і їх обсягу та забезпечують можливість визначення місць розташування декількох ДРВ у БЗ, в тому числі й тих ДРВ, що знаходяться на одному пеленгу (  ), але на різних відстанях, в наступній послідовності здійснюють попереднє оцінювання дальності до ДРВ і уточнення координат ДРВ, здійснюють попереднє визначення кількості джерел в дальній зоні (ДЗ). UA 113916 U (12) UA 113916 U UA 113916 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, яка заявляється, належить до області радіотехніки і може бути використана для визначення місця розташування джерел радіовипромінювання (ДРВ) в ближній зоні (у зоні дифракції Френеля) (БЗ) приймальної антени за ступенем кривизни хвильового фронту електромагнітної хвилі (ЕМХ) в радіотехнічних пристроях ближньої дії, призначених для радіомоніторингу, пасивної радіолокації і радіонавігації. Відомий спосіб вимірювання напряму (пеленга) на ДРВ з використанням ефекту Доплера. Спосіб оснований на порівнянні, обумовленому ефектом Доплера, фазової модуляції сигналу, прийнятого антенною, яка обертається по колу з фазою опорного генератора. Недоліком способу є те, що для визначення місця розташування ДРВ потрібне застосування багатопозиційного методу [1]. Відомий однопозиційний спосіб визначення місця розташування ДРВ, оснований на нелінійному ефекті перехресної модуляції сигналу, що формується в передавачі ДРВ, який випромінює потужний імпульсний сигнал. Недоліком способу є складність його реалізації, викликана необхідністю наявності у передавача великої імпульсної потужності [2]. Відомий однопозиційний спосіб визначення місцерозташування ДРВ в БЗ, оснований на тому, що в одному з каналів двоканального приймального тракту створюють штучний допплерівський зсув частоти за рахунок обертання антени в горизонтальній площині з постійною кутовою швидкістю, виділяють екстремуми допплерівського зсуву частоти як функції кутового положення антени, яка обертається, вимірюють кутові відстані між напрямком, прийнятим за початок відліку кута повороту антени, що обертається, і напрямками, відповідними екстремумам допплерівського зсуву частоти, і за їх значенням визначають місце розташування ДРВ [3]. Недоліком способу є застосування антени, для обертання якої в одному з прийомних каналів необхідно застосовувати електричний двигун. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, який досягається, є спосіб оцінки поточних координат ДРВ, який вибраний як прототип. Спосіб полягає в прийомі випромінюваного джерелом радіосигналу кожним елементом еквідистантної лінійної антенної решітки (АР), підсиленні його в кожному приймальному каналі, вимірюванні його частоти, формуванні за допомогою фазометрів сигналів, пропорційних різниці фаз сигналів в центральному і кожному з приймальних каналів, визначенні напрямку приходу сигналу, одержання сигналів, пропорційних різниці різниць фаз, симетричних відносно центрального приймального каналу, додатковому підсиленні цих сигналів, підсумовуванні отриманих сигналів, розрахунку відстані до джерела випромінювання, а також здійснюють попарний винос крайніх елементів лінійної еквідистантної АР і приблизно рівномірно їх розташовують на поздовжній осі АР в межах зони Френеля невинесених елементів, визначають координати і точки прив'язки до поздовжньої осі АР винесених елементів, а також здійснюють фазування каналів, попередньо оцінюючи дальність до джерела випромінювання з урахуванням значень фази сигналу на винесених елементах, уточнення координат і усунення неоднозначності оцінки дальності на основі алгоритму стохастичної апроксимації [4]. Недоліки способу є те, що: спосіб вимагає послідовного виконання 13-ти об'ємних операцій, в тому числі механічного переміщення знімних антенних елементів разом з приймачами; неможливість одночасного визначення місця розташування декількох ДРВ через необхідність зміни параметрів АР; неможливість визначення відстаней до ДРВ при знаходженні їх на одному пеленгу. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу визначення місцерозташування джерел радіовипромінювання в ближній зоні, шляхом скорочення часу визначення місця розташування ДРВ в БЗ на основі зменшення числа та обсягу операцій обробки сигналу та забезпечення можливості визначення місць розташування декількох ДРВ у БЗ, в тому числі й тих ДРВ, що знаходяться на одному пеленгу  , але на різних відстанях. Задачею корисної моделі, яка заявляється, є удосконалення способу визначення місць розташування ДРВ в БЗ шляхом скорочення часу їх визначення на основі зменшення числа операцій обробки з 13 до 6 і їх обсягу та забезпечує можливості визначення місць розташування декількох джерел, в тому числі й тих, що знаходяться на одному пеленгу, але на різних відстанях, при рівній кількості прийомних каналів в пристрої. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення місця розташування ДРВ у БЗ приймають випромінюваний ДРВ радіосигнал кожним з M 1 ідентичних елементів еквідистантної лінійної АР радіопеленгатора, розташованих один відносно одного на відстані половини середньої довжини хвилі  0 частотного діапазону, підсилюють його в кожному приймальному каналі, вимірювання частоти f прийнятого сигналу, визначення напрямку 1 UA 113916 U приходу сигналу(пеленгу), здійснюють попереднє оцінювання дальності до ДРВ і уточнення координат ДРВ та попереднє визначають кількості джерел в дальній зоні (ДЗ) по максимумах функції: 5 VДЗ()  1 F 2 ˆ ()  SH ()  R 1  S ()  xx , де F() - характеристика спрямованості (ХС) окремого елемента АР, 10 1 K ˆ R xx   X(tk )XH(tk ) - максимально правдоподібна вибіркова оцінка кореляційної матриці 2K k 1 вхідних сигналів АР, k - розмірність часової вибірки, X( t )  x1( t ) x 2 ( t )...xN ( t )T - вектор-стовпець вхідних сигналів АР, S () - управляючий вектор-стовпець АР; попереднє обчислення функції визначенням кількості джерел в ближній зоні (БЗ) по максимумах функції: 15 VБЗ (, d)  20 1 ˆ F2 ()  SH (, d)  R 1  S (, d)  xx , 1     exp(  jkd 1(, d))  де S (, d)   ,      exp(  jkd M (, d)) k  2 /  , в декількох точках БЗ на фіксованих відстанях dn : d1  RДЗ , d2  0,75R ДЗ , d3  0,5R ДЗ , d4  0,25R ДЗ , 25 30 35 40 45 d5  0,125R ДЗ і т.д., де R Д З - границя ДЗ; визначення з отриманої сукупності відстаней (d1,..., dn ) тих пар суміжних значень (di, di1) , що описують діапазони відстаней d  di  di1 , при яких спостерігають максимальні "сплески" функції V(, d) для конкретизації тих частин БЗ, в яких знаходяться шукані ДРВ; здійснюють розбиття кожного діапазону d на піддіапазони з кроком d (d  N  d) і обчислюють функції V(, d) в точках dn  di  nd , n  1...N ; визначають за отриманою сукупністю V1, d1...Vn, dn  шукану дальність dn і пеленг  за правилом (d, )  arg max( V(i, di )) , i  1...N , причому оцінка дальності буде тим точніша, чим менший крок d . Запропонований спосіб визначення місця розташування ДРВ у БЗ відрізняється наявністю нових і модифікованих операцій. У зв'язку з цим запропонований спосіб визначення місця розташування ДРВ у БЗ відповідає такому критерію корисної моделі як "новизна". Заявлена корисна модель є промислово придатною, оскільки вона крім визначення місця розташування ДРВ в БЗ приймальної антени за ступенем кривизни хвильового фронту ЕМХ в радіотехнічних пристроях ближньої дії, призначених для радіомоніторингу місць розташування декількох ДРВ на різних частотах, може бути використана також в галузях пасивної радіолокації і радіонавігації. Суть технічного рішення, що заявляється, пояснюється кресленням Фіг. 1-7. На Фіг. 1 представлена сукупність операцій, які становлять суть запропонованого способу, де позначено: 1, 2: відомі операції; 3, 4: нововведені операції; 2 UA 113916 U 5 10 15 20 25 5, 6: модифіковані операції. На Фіг. 2 представлено послідовність визначення пеленгу за алгоритмом Кейпона [5] (операція 3). На Фіг. 3 - алгоритм визначення пеленгу і відстані до ДРВ за модифікованим алгоритмом Кейпона (операції: 4-6). На Фіг. 4, 5 наведені види фронтів ЕМХ при розташуванні ДРВ в ДЗ (а - плоский) та БЗ (б близький до сферичного) відносно елементів лінійної АР при припущенні, що їх антени є точковими джерелами. На Фіг. 6 представлені максимуми функції VДЗ() при моделюванні по алгоритму Кейпона для плоского фронту ЕМХ. На Фіг. 7 показані кроки відстаней при обчисленні функції V(, d) . На Фіг. 8 - структурна схема пристрою для реалізації запропонованогоспособу, де 1 - M 1 елементів лінійної АР, 2 - M 1 приймальних каналів, 3 - частотомір, 4 - блок сполучення, 5 - мікропроцесор. Спосіб реалізують наступним чином. При наявності сигналів від ДРВ здійснюють їх виявлення кожним з (+1) прийомних каналів (операція 1) і визначають їхні несучі частоти (операція 2). В прийомних каналах здійснюють перетворення аналогових сигналів в цифрові. Визначають кількості джерел в припущенні, що вони знаходяться в ДЗ, по максимумах функції VДЗ() відповідно до відомого алгоритму Кейпона (операція 3). Даний алгоритм є алгоритмом пеленгації ДРВ високої роздільної здатності та передбачає обчислення значень вихідних сигналів лінійної АР, на яку приходить ЕМХ з плоским фазовим фронтом (Фіг. 4) в наступній послідовності (Фіг. 2): 1) розраховують максимально правдоподібну вибіркову оцінку кореляційної матриці (KM) вхідних сигналів АР (операція 3.1): 1 K ˆ R xx   X(tk )XH(tk ) , (1) 2K k 1 30 35 де X( t )  x1( t ) x 2 ( t )...xN ( t )T - вектор-стовпець вхідних сигналів АР; k - розмірність часової вибірки; 2) розраховують обернену KM (1) (операція 3.2); 3) здійснюють оцінку напрямків  приходу сигналів, знаходять максимуми (Фіг. 6) функції (операція 3.3): VДЗ()  40 1 F 2 ˆ ()  SH ()  R 1  S ()  xx , (2) де F() - ХС окремого елемента АР, S () - управляючий вектор-стовпець ДР, який має вигляд: 1     exp(  j(2L sin ) /  )  , (3) S ()        exp(  j((N  1)L sin ) /  ) 45  - довжина хвилі. Обчислюють функції VБЗ (, d) на фіксованих відстанях d (операція 4). Для цього необхідно модифікувати алгоритм Кейпона (Фіг. 3), оскільки набіги фаз між елементами АР (Фіг. 4) залежать не тільки від пеленга, а й дальності. Набіги фаз (Фіг. 5) можна записати наступним чином: 3 UA 113916 U 2 1  k  d  2 2  N  1  L(N  1)  2  (d1  d0 )  dx   dx   d0  2d0   cos(  90 ) .  2  2    Тоді функцію (2) можна уявити у вигляді: 5 VБЗ (, d)  1 F 2 ˆ ()  SH (, d)  R 1  S (, d)  xx , (4) а управляючий вектор-стовпець АР (3) трансформується до вигляду: 1      exp(  jkd 1(, d))  , (5) S (, d)       exp(  jkd M (, d)) 10 де k  2 /  . Фіксованими відстанями dn можуть бути, наприклад, дальності: d1  RДЗ , d2  0,75R ДЗ , 15 d3  0,5R ДЗ , d4  0,25R ДЗ , d5  0,125R ДЗ і т.д., 20 25 30 35 40 45 де R Д З - границя ДЗ. Визначають з сукупності (d1,...dn ) значень (di, di1) , d  di  di1 , при яких "сплески" функції V(, d) максимальні (операція 5.1). Здійснюють розбиття діапазону d на піддіапазони з кроком d (d  Nd) (Фіг. 6) і обчислюють функції V(, d) в точках dn  di  nd , n  1...N (операція 5.2). Визначають за значеннями ( V(1, d1)...V(n, dn )) дальності d і пеленга  ДРВ за правилом (d, )  arg max( V(i, di )) , i  1...N (операція 6). Оцінка можливості реалізації та ефективності запропонованого способу проводилась математичними методами моделювання на ЕОМ в програмному середовищі MathCad. Таким чином, запропонована корисна модель удосконалює спосіб визначення місць розташування ДРВ в БЗ шляхом скорочення часу їх визначення на основі зменшення числа операцій обробки сигналу і їх обсягу та забезпечує можливості визначення місць розташування декількох джерел, в тому числі й тих, що знаходяться на одному пеленгу, але на різних відстанях, при рівній кількості прийомних каналів в запропонованому способі. Джерела інформації: 1. Вартанесян В.А. "Радиоэлектронная разведка". - Μ.: Воениздат, 1975 p. - С. 232-236. 2. Авдеев В.Б., Панычев С.Н. "Нелинейная радиодальнометрия источника радиоизлучения методом преднамеренной перекрестной модуляции его сигналов". - Радиотехника, 2004 г. - № 9. - С. 74-76. 3. Патент России № 2308735 МПК G01S 5/08 (2006.01). "Способ определения местоположения источников радиоизлучения в ближней зоне" / Дидук Л.И., Акиныпина Г.Н., Никольский В.И.; опубл. 20.10.2007. 4. Патент России № 2231806 МПК. G01S 5/08. "Способ оценки текущих координат источника радиоизлучения" / Арапов Д.П., Лихачев В.П.; опубл. 27.06.2004. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення місця знаходження джерел радіовипромінювання у ближній зоні, який полягає в тому, що приймають випромінюваний ДРВ радіосигнал кожним з M 1 ідентичних 4 UA 113916 U 5 10 елементів еквідистантної лінійної антенної решітки (АР) радіопеленгатора, розташованих один відносно другого на відстані половини середньої довжини хвилі  0 частотного діапазону, який підсилюють в кожному приймальному каналі, вимірюють частоту f прийнятого сигналу, визначають напрямок приходу сигналу (пеленг), попередньо оцінюють дальність до ДРВ і виконують процедуру уточнення координат ДРВ, яка відрізняється тим, що здійснюють скорочення часу визначення місця розташування ДРВ в БЗ на основі зменшення числа операцій обробки сигналу і їх обсягу та забезпечують можливість визначення місць розташування декількох ДРВ у БЗ, в тому числі й тих ДРВ, що знаходяться на одному пеленгу (  ), але на різних відстанях, в наступній послідовності здійснюють попереднє оцінювання дальності до ДРВ і уточнення координат ДРВ, здійснюють попереднє визначення кількості джерел в дальній зоні (ДЗ) по максимумах функції: 1 , VДЗ()  2 H ˆ F ()  S ()  R 1  S ()  xx  де F() - характеристика спрямованості (ХС) окремого елемента АР, 15 1 K ˆ R xx   X(tk )XH(tk ) - максимально правдоподібна вибіркова оцінка кореляційної матриці 2K k 1 вхідних сигналів АР, k - розмірність часової вибірки, X( t )  x1( t ) x 2 ( t )...xN ( t )T - вектор-стовпець вхідних сигналів АР, 20 S () - управляючий вектор-стовпець АР; попереднє обчислення функції визначенням кількості джерел в ближній зоні (БЗ) по максимумах функції: 1 , VБЗ (, d)  2 H ˆ F ()  S (, d)  R 1  S (, d)  xx  1     exp(  jkd 1(, d))  де S (, d)   ,      exp(  jkd M (, d)) k  2 /  , в декількох точках БЗ на фіксованих відстанях dn : d1  R ДЗ , d2  0,75R ДЗ , d3  0,5R ДЗ , d4  0,25R ДЗ , d5  0,125R ДЗ і т. д., 25 де R Д З - границя ДЗ; визначення з отриманої сукупності відстаней (d1, ..., dn ) тих пар суміжних значень (di, di1) , що описують діапазони відстаней d  di  di1 , при яких спостерігають максимальні "сплески" функції V(, d) для конкретизації тих частин БЗ, в яких знаходяться шукані ДРВ; здійснюють розбиття кожного діапазону d на піддіапазони з кроком d (d  N  d) 30 і обчислюють функції V(, d) в точках dn  di  nd , n  1...N ; визначають за отриманою V1, d1...Vn, dn  шукану дальність dn і пеленг  за правилом сукупністю (d,)  argmax( V(i, di )) , i  1...N , причому оцінка дальності буде тим точніша, чим менший крок d . 5 UA 113916 U 6 UA 113916 U 7 UA 113916 U Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8