Спосіб цифрового комплексного радіопеленгування

Спосіб цифрового комплексного радіопеленгування, згідно з яким здійснюють вибірковий просторовий прийом радіовипромінювання для сукупності можливих напрямків на його джерело лінійною фазованою антенною решіткою шляхом утворення масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та його цифрового комплексного спектрального аналізу, отримуючи комплексні амплітуди спектральних складових із частотами, що відповідають сукупності можливих напрямків на джерело радіовипромінювання, та визначають екстремальну частоту, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової, з масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів виділяють підмасив перших його відліків і виконують його комплексний цифровий спектральний C2 2 UA 1 3 джерело радіовипромінювання, та визначають екстремальну частоту, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової. З масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів виділяють підмасив перших його відліків і виконують його комплексний цифровий спектральний аналіз, потім визначають комплексну амплітуду спектральної складової з екстремальною частотою, після чого визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного підмасиву перших відліків, далі за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання. Але на відміну від заявленого способу в способі-прототипі підмасив перших відліків виділяють саме з масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів і виконують його комплексний цифровий спектральний аналіз. В результаті цього дисперсія оцінки аргументів комплексних амплітуд спектральних складових спектра сформованого таким чином підмасиву відліків буде суттєвою. Це зумовлено дією шумів та завад, що знаходяться в межах смуги пропускання сусіднього фільтра відносно фільтра з екстремальною частотою при спектральному аналізі масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів. Ці шуми та завади при спектральному аналізі виділеного з нього підмасиву перших відліків попадають в смугу пропускання фільтра з екстремальною частотою, ширина якої значно більша ширини смуги пропускання фільтра з екстремальною частотою при спектральному аналізі всього масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів. Визначимо дисперсію 2  оцінки пеленга для  способу-прототипу при дії завад та шумів в межах смуги пропускання сусіднього фільтра відносно фільтра з екстремальною частотою при спектральному аналізі масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів. Як відомо [2], дисперсія 2   оцінки пеленга визначається згідно з рівнянням: P  P 2   21  2 2  K    ШЗ1  ШЗ 2   K  , (1)     2Р 2РS   S    де:  21 , 2 2 - дисперсія оцінки аргументів   комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного підмасиву перших його відліків відповідно; K  - коефіцієнт пропорційності; PШЗ1  NШ  F1  PЗ  KБ1 - потужність шумів і завад на виході цифрового аналізатора спектра з екстремальною частотою при обробленні масиву 97225 4 прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; PШЗ2  NШ  F2  PЗ  KГ 2 - потужність шумів і завад на виході цифрового аналізатора спектра з екстремальною частотою при обробленні виділеного підмасиву перших його відліків; NШ - спектральна густина потужності шуму власних шумів пеленгаційних каналів; F1 - ширина смуги пропускання фільтра при спектральному аналізі масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; F2  Z1 / Z2   F1 - ширина смуги пропускання фільтра при спектральному аналізі виділеного підмасиву перших відліків; Z1,Z2 - величина масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного підмасиву перших відліків відповідно; РЗ, PS - потужність завади та корисного сигналу відповідно; КБ1 - коефіцієнт підсилення першої бічної пелюстки фільтра при спектральному аналізі масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; КГ2 - коефіцієнт підсилення головної пелюстки фільтра при спектральному аналізі виділеного підмасиву перших відліків. Аналіз рівняння (1) показує, що потужність завади РЗ входить до складу РШЗ2 з коефіцієнтом КГ2, що набагато більший коефіцієнта КБ1, з яким потужність завади РЗ входить до складу РШЗ1. Також і потужність шумів, що входить до складу РШЗ2 та дорівнює NШ·F2, в (Z1/Z2) разів більша, ніж потужність шумів, що входить до складу РШЗ1 і дорівнює NШ·F1. В результаті маємо РШЗ2>>РШЗ1. Отже, РШ32 суттєво впливає на дисперсію 2  оцінки  пеленга та погіршує точність радіопеленгування. Таким чином, недоліком способу-прототипу є недостатня точність радіопеленгування. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу цифрового комплексного радіопеленгування, згідно з яким здійснюють вибірковий просторовий прийом радіовипромінювання для сукупності можливих напрямків на його джерело лінійною фазованою антенною решіткою шляхом утворення масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та його цифрового комплексного спектрального аналізу, отримуючи комплексні амплітуди спектральних складових із частотами, що відповідають сукупності можливих напрямків на джерело радіовипромінювання, та визначають екстремальну частоту, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової, з масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів виділяють підмасив перших його відліків і виконують його комплексний цифровий спектральний аналіз, потім визначають комплексну амплітуду спектральної складової з екстремальною частотою, після чого визначають різницю аргументів 5 комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного підмасиву перших відліків, далі за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання шляхом того, що після визначення екстремальної частоти в спектрі масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів виділяють підмасив спектральних складових, що містить складову з екстремальною частотою, та здійснюють його обернене перетворення у відповідний масив відновлених когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів, з якого виділяють підмасив перших його відновлених відліків і виконують його комплексний цифровий спектральний аналіз, потім в отриманому комплексному спектрі визначають комплексну амплітуду спектральної складової з екстремальною частотою, після чого визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного підмасиву перших відновлених часових відліків сигналів, далі за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів відповідних спектральних складових спектрів прийнятих та відновлених відліків сигналів визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання, щоб забезпечити підвищення точності радіопеленгування. Поставлена задача вирішується наступним чином. Після визначення екстремальної частоти в спектрі масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів виділяють підмасив спектральних складових, що містить складову з екстремальною частотою. При цьому спектральні складові шумів та завад сусіднього фільтра відносно фільтра з екстремальною частотою усуваються. Але частина потужності шумів і завад попаде в фільтр з екстремальною частотою через бічну пелюстку. При цьому завадова складова буде дорівнювати РÇ·КÁ1. Тому потужність шумів і завад РØÇ2 в фільтрі з екстремальною частотою при спектральному аналізі підмасиву перших відновлених відліків буде дорівнювати РØÇ1 і визначатися як: (2) РØÇ2=РØÇ1=NØ·FÔ1+РÇ·КÁ1. Визначимо дисперсію 2  оцінки пеленга для  способу-винаходу при дії завад та шумів в межах смуги пропускання сусіднього фільтра відносно фільтра з екстремальною частотою при спектральному аналізі масиву прийнятих когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів. Дисперсія 2  оцінки пеленга  для запропонованого способу визначається згідно з рівнянням (1), яке при РØÇ2=РØÇ1 матиме вигляд:   PØÇ  PØÇ PØÇ   . 2   21  2 2  K        2Ps  2P   K   P  K  (3) S  S  97225 6 Порівняльний аналіз рівнянь (1) і (3) показує, що дисперсія оцінки пеленга 2  для запропоно ваного способу буде набагато меншою, ніж для способу-прототипу, що підтверджує досягнення технічного результату при здійсненні заявленого способу. Заявлений спосіб цифрового комплексного радіопеленгування виконують в такій послідовності. 1. Виконують вибірковий просторовий прийом радіовипромінювання S(t) для сукупності можливих напрямків на його джерело лінійною фазованою антенною решіткою шляхом утворення масиву S1(n) когерентних часових відліків n[0;N-1] вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та його цифрового комплексного спектрального аналізу. При цьому визначають комплексний частотний спектр S1(jk), наприклад, при використанні алгоритму швидкого перетворення Фур'є, у вигляді масивів значень амплітудного та фазового спектрів: (4) S1(jk)=A1(k)·ехр(j1(k)), де: А1(k) - масив значень амплітудного спектра масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; 1(k) - масив значень фазового спектра масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; 2 k   k - частота k-ої спектральної склаTÄ  N дової, k[0;N-1]; ТÄ=d - період дискретизації радіовипромінювання, що дорівнює кроку d лінійної фазованої антенної решітки; N - кількість відліків масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів, що дорівнює кількості каналів лінійної фазованої антенної решітки. 2. Для комплексного частотного спектра S1(jk) * визначають екстремальну частоту  k, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової. 3. Для комплексного частотного спектра S1(jk) виділяють підмасив SSub(jk) спектральних складових, що містить складову з екстремальною часто* тою  k. 4. Здійснюють обернене перетворення підмасиву SSub(jk) спектральних складових у відповідний масив S1Â(n) відновлених когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів. 5. Виділяють підмасив S2Â (n) перших відновлених відліків з масиву S1Â(n) відновлених когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів, наприклад, першої   половини його відліків n  0;  1 .  2  N 6. Для підмасиву S2Â(n) відновлених відліків виконують комплексний цифровий спектральний аналіз та визначають його комплексний частотний спектр S2Â(jn) за тим же алгоритмом, що і для масиву S1(n), тобто швидкого перетворення Фур'є, 7 97225 і формують його у вигляді масивів значень амплітудного та фазового спектрів: (5) S2Â(jn)=A2Â(n)·ехр(j2Â(n)), де: A2Â(n) - масив значень амплітудного спектра виділеного підмасиву відновлених когерентних часових відліків; 2Â(n) - масив значень фазового спектра виділеного підмасиву відновлених когерентних часових відліків; 2 n   n - частота n-ої спектральної TÄ  N / 2  N  складової, n  0;  1 .  2  7. Для спектра S2Â(jn) визначають комплексну амплітуду спектральної складової з екстремаль* * ним значенням частоти n  k визначеним для спектра S1(jk). 8. Визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстрема* * льною частотою n  k , що визначені для масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного з відновленого масиву підмасиву перших його відліків: * *   1 k  2 Â n . (6)     При цьому враховується, що комплексний спектральний аналіз масиву S1(n) когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного з відновленого масиву підмасиву перших його відліків S2(n) є еквівалентним дії двох - першого та другого наборів цифрових фільтрів відповідно, які характеризуються амплітудно-частотною та фазочастотною характеристиками і частоти настроювання яких відповідають можливим напрямкам. В результаті аргументи комплексних амплітуд частотних складових з екстремальною частотою дорівнюють:        * 1 k  0  1  0    1 2Â * n 0  2  0    2 , (7) де: 0 - початкова фаза сигналу на вході фільтра; 1 - зсув фази, що визначається значенням фазочастотної характеристики фільтра з екстремальною частотою при спектральному аналізі масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; 2 - зсув фази, що визначається значенням фазочастотної характеристики фільтра з екстремальною частотою при спектральному аналізі виділеного підмасиву перших відновлених відліків; Комп’ютерна верстка І. Скворцова 8 1=2/Ô1 - крутизна ФЧХ фільтра, сформованого в результаті обробки масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; Ô1=2/Nd - ширина смуги пропускання першого набору фільтрів; 2=2/Ô2 - крутизна ФЧХ фільтра, сформованого в результаті обробки виділеного підмасиву перших відновлених відліків; Ô1=4/Nd - ширина смуги пропускання другого набору фільтрів; =n-S - відхилення просторової частоти S сигналу від середньої частоти n фільтра. Таким чином, різниця аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного з відновленого масиву підмасиву перших його відліків однозначно пов'язана з відхиленням реальної частоти сигналу від попередньої екстремальної частоти: * *   1 k  2Â n    1 / 2 . (8)   2 / 1  2 / N  d 9. За екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів  відповідних спектральних складових спектрів прийнятих та відновлених відліків сигналів визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання. Для цього визначають остаточну просторову частоту S сигналу на джерело радіовипромінювання:     * (9) S  k   . Остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання дорівнює [3, с. 76]:   arccosS  d /  . (10) Таким чином, проведені вдосконалення способу цифрового комплексного радіопеленгування дозволили вирішити поставлену задачу підвищення точності радіопеленгування. Джерела інформації: 1. Патент України на винахід № 90068,G01S 3/00. Спосіб цифрового комплексного радіопеленгування / Ципоренко В.В., Ципоренко В.Г… - № а200904409; Заявл. 05.05.2009; Опубл. 25.03.2010. - Бюл. № 6. 2. Оптимізація алгоритму комплексного спектрально-кореляційного пеленгування з використанням антенної решітки / Ципоренко В.В. // Вісник ЖДТУ. Технічні науки.-2009. - № IV (51). – С. 186190. 3. С.Л. Марпл.-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. - М: Мир, 1990.-584 с, ил. Підписне Тираж 23 прим. 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