Спосіб енергетичного виявлення і оцінювання параметрів тривалого немодульованого радіосигналу в активно-пасивній багатопозиційній радіолокаційній системі та визначення повного вектора швидкості цілі із заданою

Реферат: Спосіб енергетичного виявлення і оцінювання параметрів тривалого немодульованого радіосигналу в активно-пасивній багатопозиційній радіолокаційній системі та визначення повного вектора швидкості цілі із заданою можливою точністю, який ґрунтується на енергетичному виявленні інтервалу часу, де енергетичне відношення правдоподібності перевищує поріг виявлення із заданою ймовірністю хибних тривог, суміш амплітуд тривалого немодульованого радіосигналу і шуму зрушується за фазою в діапазоні однозначності, з якої в кожному каналі формуються вибірки різної тривалості. За оцінками дальності, доплерівської частоти і кутового положення цілі на кожній позиції активно-пасивної радіолокаційної системи в умовах апріорної визначеності несної частоти при ідентифікації вимірів одній цілі за часом на загальному пункті обробки інформації із системи рівнянь в декартовій системі координат, отриманої на основі властивостей скалярного добутку повного вектора швидкості цілі і оцінених його радіальних складових на кожній позиції, визначається модуль повного вектора швидкості цілі та його спрямовуючі косинуси у просторі із заданою можливою точністю. UA 92420 U (12) UA 92420 U UA 92420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до галузі радіотехніки і може бути використана в радіоприймальних пристроях систем радіолокації, радіонавігації, зв'язку та керування. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є спосіб енергетичного виявлення тривалого немодульованого радіосигналу і послідовного оцінювання його початкової фази і доплерівської частоти із заданою можливою точністю [1], який ґрунтується на перевірці статистичних гіпотез за критерієм мінімуму середнього ризику і використовує енергетичне відношення правдоподібності для виявлення інтервалу часу, де енергетичне відношення правдоподібності перевищує поріг виявлення із заданою ймовірністю хибних тривог, суміш амплітуд тривалого немодульованого радіосигналу і шуму зрушується за фазою в діапазоні однозначності. До суміші амплітуд тривалого немодульованого радіосигналу і шуму, з якої формуються вибірки різної тривалості і розподіляються за каналами відповідної смуги доплерівських частот, додаються квадратурно зрушені сукупності амплітуд еталонних радіосигналів відповідної тривалості на несній частоті для однозначного квазіоптимального оцінювання, з подальшим оптимальним оцінюванням у квадратурному каналі з парним розподілом енергетичного відношення правдоподібності і вирівнюванні початкових фаз прийнятого і визначених еталонних квадратурно зрушених радіосигналів за оцінкою модуля фази, пропорційною відношенню різниці енергетичних відношень правдоподібності при синфазному складанні та оптимально оціненому до різниці енергетичних відношень правдоподібності при синфазному і протифазному складанні контрольних і еталонних радіосигналів в широкосмуговому квадратурному каналі з парним розподілом енергетичного відношення правдоподібності, розрахованому на смугу доплерівських частот об'єктів, що рухаються з великими швидкостями за межею відомих аналогів, з визначенням знаку у парному квадратурному каналі за розподілом максимуму енергетичного відношення правдоподібності відносно еталонного радіосигналу без початкової фази і здійснюється уточнення доплерівської частоти із заданою можливою точністю за сформованими з виявленої суміші сигналу і шуму псевдосигналами заданої тривалості при складанні їх з еталонними радіосигналами відповідної тривалості в діапазоні однозначних фазових зрушень вхідної реалізації з різними кроками дискретизації (квазіоптимальне і оптимальне уточнення доплерівської частоти) за енергетичним критерієм та дешифруванні відповідності фазового розподілу значень максимумів енергетичних відношень правдоподібності в усіх каналах оцінювання доплерівській частоті вхідного тривалого немодульованого радіосигналу. Недоліком способу-прототипу є те, що при використанні його в активно-пасивній багатопозиційній радіолокаційній системі (БП РЛС) невідомими залишаються кутові координати та повний вектор швидкості цілі. В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб енергетичного виявлення і оцінювання параметрів тривалого немодульованого радіосигналу в активно-пасивній багатопозиційній радіолокаційній системі та визначення кутових координат та повного вектора швидкості цілі із заданою можливою точністю. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що із виявленої суміші сигналу і шуму формується послідовність більш тривалих радіосигналів, зрушених за фазою в діапазоні [0…2π] з заданим кроком для попереднього квазіоптимального оцінювання. У кожному радіоканалі до фазозрушеної в діапазоні однозначності суміші радіосигналу і шуму додаються квадратурно зрушені, вирівняні за початковими фазами з вхідним радіосигналом, сукупності еталонних радіосигналів відповідної тривалості на несній частоті. Вирівнювання початкових фаз виявленого, сформованого псевдосигналу та еталонних радіосигналів здійснюється за початковою фазою, що знайдена за першою короткою вибіркою в широкосмуговому каналі, розрахованому на смугу доплерівських частот об'єктів, що рухаються швидше відомих. Квазіоптимальне оцінювання доплерівської частоти радіосигналу здійснюється за фазовими затримками максимуму енергетичного відношення правдоподібності у кожному частотному радіоканалі з парним розподілом в діапазоні фазових зрушень та подальшим оптимальним оцінюванням за рахунок зменшення кроку фазових затримок виявленого радіосигналів та псевдосигналів навколо квазіоптимальної оцінки. Розподіл максимумів енергетичних відношень правдоподібності в діапазоні фазових затримок вхідної суміші радіосигналу і шуму [-π…π], при складанні з еталонними радіосигналами кожного частотного радіоканалу, однозначно відповідає доплерівській частоті виявленого радіосигналу із заданою можливою точністю. Оцінювання дальності до цілі здійснюється за часовим положенням інтервалу обробки інформації, де енергетичне відношення правдоподібності перевищує поріг виявлення за критерієм Неймана-Пірсона. 1 UA 92420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Оцінювання кутового положення цілі здійснюється за різницями початкових фаз радіосигналів між основним та кутомірними радіоканалами на одній або на декількох позиціях [2]. За оцінками дальності, доплерівської частоти та кутового положення цілі на кожній позиції активно-пасивної радіолокаційної системи, в умовах апріорної визначеності несної частоти, із системи рівнянь в декартовій системі координат, отриманої на основі властивостей скалярного добутку вектора швидкості цілі і оцінених його радіальних складових на кожній позиції, визначається модуль повного вектора швидкості цілі та його спрямовуючі косинуси у просторі із заданою можливою точністю. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у тому, що на основі оцінювання енергетичного відношення правдоподібності на інтервалі існування псевдосигналу, утвореного з тривалого немодульованого радіосигналу, оцінюється його доплерівська частота за максимальним значенням енергетичного відношення правдоподібності із заданою можливою точністю на кожній позиції активно-пасивної БП РЛС. За значеннями оцінок дальності, кутових координат та радіальної складової вектора швидкості на кожній позиції визначаються координати цілі і модуль повного вектора швидкості цілі та його спрямовуючі косинуси у просторі із заданою можливою точністю. На фіг. 1 приведений алгоритм запропонованого способу. На фіг. 2 приведені однозначні залежності енергетичного відношення правдоподібності для доплерівської частоти fd=0,111 Гц в радіоканалах при різних тривалостях радіосигналів для амплітуд радіосигналу аs=1, еталонного сигналу і еквівалентної амплітуди шуму aet=nekv=10 в діапазоні однозначних фазових затримок суміші сигналу і шуму [-π…π]. На фіг. 3 приведені однозначні залежності енергетичного відношення правдоподібності для доплерівської частоти fd=0,777 Гц в радіоканалах при різних тривалостях радіосигналів для амплітуд радіосигналу аs=1, еталонного сигналу і еквівалентної амплітуди шуму аеt=nekv=10 в діапазоні однозначних фазових затримок суміші сигналу і шуму [-π…π]. На фіг. 4 приведені залежності відносної точності визначення модуля повного вектора швидкості цілі для швидкостей цілей V=250 м/с і V=4000 м/с для кутового положення цілі ψ=10°; θ=20° при помилках оцінювання пеленгів δψ=δθ=0,1 в діапазоні помилок оцінювання доплерівської частоти ±20 Гц. На фіг. 5 приведені залежності просторового кута відхилення оціненого вектора швидкості цілі від істинного для швидкостей цілей V=250 м/с і V=4000 м/с і кутового положення цілі ψ=10°; θ=20° при помилках оцінювання пеленгів δψ=δθ=0,1 в діапазоні помилок оцінювання доплерівської частоти ±20 Гц. На фіг. 6 приведені залежності відносної точності визначення модуля повного вектора швидкості цілі від азимутальної орієнтації для швидкості цілі V=250 м/с при кутомісцевому положенні цілі θ=20 при помилках оцінювання пеленгів δψ=δθ=0,1° і помилці оцінювання доплерівської частоти 10 Гц. На фіг. 7 приведені залежності просторового кута відхилення оціненого вектора швидкості цілі від істинного положення цілі в діапазоні кутів азимутальної орієнтації для швидкості цілі V=250 м/с при кутомісцевому положенні цілі θ=20 і помилках оцінювання пеленгів δψ=δθ=0,1 та помилці оцінювання доплерівської частоти 10 Гц. Суть запропонованого способу енергетичного виявлення і оцінювання параметрів тривалого немодульованого радіосигналу в активно-пасивній багатопозиційній радіолокаційній системі та визначення повного вектора швидкості цілі із заданою можливою точністю (фіг. 1) полягає у тому, що після енергетичного виявлення інтервалу часу, де енергетичне відношення правдоподібності перевищує поріг виявлення із заданою ймовірністю хибних тривог 2, суміш амплітуд тривалого немодульованого радіосигналу і шуму розподіляється між основним каналом оцінювання доплерівської частоти 3 і додатковим каналом формування псевдосигналу 6. У кожному з каналів сигнал і псевдосигнал в діапазоні однозначних фазових зсувів вхідної реалізації [0…2π] поділяються на інтервали різної тривалості і складаються із сукупністю квадратурно зрушених еталонних очікуваних радіосигналів таких же тривалостей на несній частоті. Сукупність еталонних очікуваних радіосигналів в радіоканалі оцінювання початкової фази формується на основі апріорних відомостей про зондуючий радіосигнал або шляхом вимірювання несної частоти і початкової фази. Вирівнювання початкових фаз прийнятого і визначених еталонних квадратурно зрушених радіосигналів в радіоканалах оцінювання доплерівської частоти здійснюється за оцінкою модуля фази, пропорційною відношенню різниці енергетичних відношень правдоподібності при синфазному складанні та оптимально оціненому до різниці енергетичних відношень правдоподібності при синфазному і протифазному складанні контрольних і еталонних 2 UA 92420 U радіосигналів в широкосмуговому квадратурному каналі з парним розподілом енергетичного відношення правдоподібності, розрахованому на смугу доплерівських частот об'єктів, що рухаються з великими швидкостями за межею відомих: φ0  Lмах - Lв им π Lмах - Lміn π  (1) 5 10 15 20 25 30 де Lмах - максимальне значення енергетичного відношення правдоподібності при синфазному складанні радіосигналів з оціненими і відомими амплітудами за контрольним радіосигналом; Lміn π - мінімальне значення енергетичного відношення правдоподібності при протифазному складанні радіосигналів з оціненими і відомими амплітудами за контрольним радіосигналом; Lв им - оцінене значення енергетичного відношення правдоподібності при складанні вхідної реалізації з еталонними радіосигналами з оціненими і відомими амплітудами в квадратурному каналі з парним розподілом енергетичного відношення правдоподібності. Знак і модуль початкової фази еталонного радіосигналу оцінюється за розташуванням максимуму енергетичного відношення правдоподібності у парному квадратурному каналі в залежності від фазових зрушень еталонного радіосигналу. За оцінкою початкової фази формуються еталонні радіосигнали для кожного частотного каналу для квазіоптимального хет2соs; хет2sin та оптимального хет3соs оцінювання. Після складання амплітуд суміші радіосигналу, внутрішнього шуму і сформованого псевдосигналу з еталонними радіосигналами оцінюється енергетичне відношення правдоподібності для всіх еталонних радіосигналів радіоканалів і формується матриця енергетичних відношень правдоподібності. За критерієм максимуму енергетичного відношення правдоподібності приймається рішення про квазіоптимальну оцінку доплерівської частоти радіосигналу. Параметри квазіоптимального оцінювання є вхідними даними для формування еталонних радіосигналів для більш точного оцінювання х ет3соs у тому числі і для псевдосигналів різної тривалості. Еталонні радіосигнали складаються зі значеннями виявленої суміші радіосигналу і внутрішнього шуму і визначається матриця енергетичних відношень правдоподібності в діапазоні фазових зрушень вхідної виявленої суміші з меншим кроком дискретизації. Результат дешифрування відповідності фазового розподілу максимумів енергетичних відношень правдоподібності в усіх каналах оцінювання доплерівській частоті вхідного радіосигналу і є оцінкою доплерівської частоти тривалого немодульованого радіосигналу із заданою можливою точністю (фіг. 2, 3). Кутові координати відповідають різниці початкових фаз основного і кутомірного каналів 4,7 (фіг. 1). Для фазового метода радіопеленгації кутові координати визначаються виразами [2]: 35 L α ψ  arctg 2 , θ  arccos L β  1  40 45 2  αλ   βλ   2πL    2πL   1 2   2   ,   (2) де L 1 , L 2 - бази між основною і азимутальною та кутомісцевою антенами; α , β - значення різниць початкових фаз між основною і азимутальною та кутомісцевою антенами; λ - довжина хвилі радіосигналу. Для усунення неоднозначності вимірювань використовується двобазовий метод вимірювань різниці початкових фаз в кутомірних каналах. Положення вектора швидкості цілі V у просторі характеризується спрямовуючими косинусами n x , n y , n z і координатами цілі x ц , у ц , z ц . Система рівнянь, яка дозволяє однозначно визначити модуль повного вектора швидкості цілі та його просторову орієнтацію в активно-пасивній БП РЛС, в координатній формі має вигляд: 3 UA 92420 U     Vr 0  V n x n x 0  n y n y 0  n zn z0 ;  Vr1  V n x n x1  n y n y1  n zn z1 ;  V  V n n  n n  n n ; x x2 y y2 z z2  r2  2 2 2 n x  n y  n z  1.  5   (3) Кількість необхідних позицій, на яких вимірюється радіальна складова вектора швидкості цілі Vri , визначається кількістю невідомих у системі рівнянь. Для активно-пасивної БП РЛС необхідно і достатньо використати виміри доплерівських частот на трьох позиціях. Після ототожнення сигналів одній цілі за часом із системи рівнянь визначається модуль повного вектора швидкості цілі та його спрямовуючі косинуси 11 (фіг. 1). Система рівнянь має точне рішення. Спрямовуючі косинуси вектора швидкості цілі n x , n y , n z визначаються виразами: nx   y My M  x Mx , , nz   z  z , ny     V  V  V (4) 10 де n x 0 n y 0 n z0 Vr 0 n y0 nz0 1 Δ = n x1 n y1 n z1 ;  x  Vr1 n y1 nz1 ; V n x 2 n y 2 n z2 Vr 2 n y 2 nz2 n x0 1 Δ y = n x1 V n x2 Vr 0 n z0 Vr1 n z1 Vr 2 n z2 n x0 n y0 1 ; z  n x1 n y1 V nx2 ny2 Vr 0 Vr1 , Vr 2 Модуль вектора швидкості визначається за умовою нормування спрямовуючих косинусів 15 n2 x + n2 + n2 = 1 : y z V Mx 2  My 2  Mz 2 2 де M x , M y , M z - детермінанти відповідних матриць. Спрямовуючі косинуси ортів на ціль в і-тій точці спостереження в місцевій декартовій системі координат n xi , n y i , n zi : 20  n xi   cos ψri cos θri       n y i   sin ψri cos θri  ,   n   sin θ ri  zi    25 (6) де ψri , θ ri - азимут і кут місця цілі в і-тій точці спостереження в сферичній системі координат. Якісні показники оцінювання повного вектора швидкості цілі: - відносна помилка визначення модуля повного вектора швидкості цілі, як відношення різниці між вирахуваною швидкістю цілі при заданих помилках із заданою швидкістю до цієї ж швидкості цілі: V Vв - V  V V 30 (7) де Vв - вирахуване значення модуля повного вектора швидкості цілі; 4 UA 92420 U - кут відхилення просторової орієнтації Δθ вирахуваного значення вектора швидкості цілі від істинного напрямку польоту цілі   θ  arccos n xn хв  n yn yв  nznzв , 5 10 15 (8) де n хв , n yв , nzв - спрямовуючі косинуси визначеного вектора швидкості цілі при урахуванні всіх помилок, що характеризують процедуру його визначення. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 86646. Україна, МПК G01S 7/34. Спосіб енергетичного виявлення тривалого немодульованого радіосигналу і послідовного оцінювання його початкової фази і доплерівської частоти із заданою можливою точністю / Г.В. Пєвцов, А.Я. Яцуценко та ін. № u201307336; заявл. 10.06.2013; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1. 2. Патент на корисну модель № 86649. Україна, МПК G01S 7/34. Спосіб енергетичного виявлення коротких немодульованих радіосигналів і послідовного оцінювання їх початкових фаз і доплерівських частот та різниці фаз між основним та кутомірними каналами / Г.В. Пєвцов, А.Я. Яцуценко та ін. - № u201307339; заявл. 10.06.2013; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 45 Спосіб енергетичного виявлення і оцінювання параметрів тривалого немодульованого радіосигналу в активно-пасивній багатопозиційній радіолокаційній системі та визначення повного вектора швидкості цілі із заданою можливою точністю, який ґрунтується на енергетичному виявленні інтервалу часу, де енергетичне відношення правдоподібності перевищує поріг виявлення із заданою ймовірністю хибних тривог, суміш амплітуд тривалого немодульованого радіосигналу і шуму зрушується за фазою в діапазоні однозначності, з якої в кожному каналі формуються вибірки різної тривалості і розподіляються за каналами відповідної смуги доплерівських частот, складається з квадратурно зрушеними в діапазоні однозначних фазових затримок сукупностями амплітуд еталонних очікуваних радіосигналів відповідної тривалості з вирівняними початковими фазами за оцінкою модуля і знаку фази еталонних радіосигналів в широкосмуговому каналі з кроком, необхідним для однозначного квазіоптимального оцінювання, та подальшим оптимальним оцінюванням у квадратурному каналі з парним розподілом енергетичного відношення правдоподібності і дешифруванні відповідності фазового розподілу значень максимумів енергетичних відношень правдоподібності в усіх каналах оцінювання доплерівській частоті вхідного тривалого немодульованого радіосигналу на кожній позиції та визначається різниця початкових фаз радіосигналів між основним та кутомірними радіоканалами для оцінювання кутового положення цілі і здійснюється уточнення доплерівської частоти за сформованими з виявленої суміші сигналу і шуму псевдосигналами заданої тривалості при складанні їх з еталонними радіосигналами відповідної тривалості в діапазоні однозначних фазових зрушень вхідної реалізації з різними кроками дискретизації (квазіоптимальне і оптимальне уточнення доплерівської частоти) за енергетичним критерієм та дешифрування розподілів максимумів енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні фазових зрушень вхідної реалізації в усіх каналах оцінювання доплерівській частоті вхідного тривалого немодульованого радіосигналу, який відрізняється тим, що за оцінками дальності, доплерівської частоти і кутового положення цілі на кожній позиції активно-пасивної радіолокаційної системи в умовах апріорної визначеності несної частоти при ідентифікації вимірів одній цілі за часом на загальному пункті обробки інформації із системи рівнянь в декартовій системі координат, отриманої на основі властивостей скалярного добутку повного вектора швидкості цілі і оцінених його радіальних складових на кожній позиції, визначається модуль повного вектора швидкості цілі та його спрямовуючі косинуси у просторі із заданою можливою точністю. 5 UA 92420 U 6 UA 92420 U 7 UA 92420 U 8 UA 92420 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9