Спосіб цифрового комплексного радіопеленгування

Реферат: Винахід належить до радіоелектроніки і може бути використаний в радіоелектронних засобах різного призначення, зокрема в радіонавігації, радіолокації, радіоастрономії, радіомоніторингу. В способі цифрового комплексного радіопеленгування 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. При цьому отримують комплексні амплітуди спектральних складових із частотами, що відповідають сукупності можливих попередніх напрямків на джерело радіовипромінювання. Визначають екстремальну частоту, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової. Далі виділяють підмасив спектральних складових, що містить складову з екстремальною частотою. Після цього розділяють його на дійсну та уявну складові відповідного комплексного аналітичного сигналу. Далі визначають різницю його аргументів, яка відповідає просторовому розташуванню двох антенних елементів фазованої антенної решітки. Після цього за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів комплексного аналітичного сигналу визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання. Винахід дозволяє підвищити швидкодію радіопеленгування. UA 99083 C2 (12) UA 99083 C2 UA 99083 C2 5 10 15 20 25 Винахід належить до галузі радіоелектроніки і може бути використаний в радіоелектронних засобах різного призначення, зокрема, в радіонавігації, радіолокації, радіоастрономії, радіомоніторингу. Відомий спосіб цифрового радіопеленгування [1], що вибраний як прототип винаходу. В способі-прототипі, як і в заявленому способі, 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 попередніх напрямків на джерело радіовипромінювання, та визначають екстремальну частоту, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової, визначають різницю аргументів комплексних відліків і за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання. Але на відміну від заявленого способу, в способі-прототипі здійснюють цифровий комплексний спектральний аналіз двічі - для масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів та виділеного з нього підмасиву перших відліків, що зумовлює такий суттєвий недолік, як низька швидкодія. Таким чином, суттєвим недоліком способу-прототипу є низька швидкодія пеленгування. Визначимо тривалість процедури пеленгування для способу-прототипу. У способі-прототипі напрямок на джерело радіовипромінювання визначають з використанням подвійного цифрового комплексного спектрального аналізу масиву N відліків. В результаті тривалість ТП1 процедури пеленгування для способу-прототипу при ширині сектора пеленгування D =180 та використанні алгоритму, наприклад швидкого перетворення Фур'є [2], становить: . . . TП1=2 (N log2(N)) TОП, 30 35 40 45 50 55 (1) де: ТОП - тривалість однієї операції комплексного множення спектрального аналізу. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу цифрового комплексного радіопеленгування, щоб забезпечити підвищення швидкодії пеленгування. Поставлена задача вирішується тим, що в 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 попередніх напрямків на джерело радіовипромінювання, та визначають екстремальну частоту, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової, визначають різницю аргументів комплексних відліків, за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання, згідно з винаходом 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, далі розділяють його на дійсну та уявну складові відповідного комплексного аналітичного сигналу та визначають різницю його аргументів, яка відповідає просторовому розташуванню двох антенних елементів фазованої антенної решітки, після чого за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів комплексного аналітичного сигналу визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання. Завдяки тому, що в способі-винаході остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання визначають з урахуванням різниці аргументів комплексного аналітичного сигналу, яка визначається з використанням одноразового цифрового комплексного спектрального аналізу, отримуємо суттєве підвищення швидкодії пеленгування. Визначимо тривалість процедури пеленгування для способу-винаходу. У запропонованому способі напрямок на джерело визначають з використанням одноразового цифрового комплексного спектрального аналізу масиву N відліків. В результаті тривалість ТП2 процедури пеленгування згідно зі способом-прототипом при ширині сектора пеленгування D =180 та використанні також алгоритму швидкого перетворення Фур'є становить: . . . TП1=2 (N log2(N)) TОП, (2) 1 UA 99083 C2 5 Порівняльний аналіз виразів (1) та (2) показує, що тривалість процедури пеленгування запропонованого методу у 2 рази коротша порівняно зі способом-прототипом. Таким чином, запропонований спосіб цифрового комплексного радіопеленгування забезпечує суттєве підвищення швидкодії пеленгування. Заявлений спосіб цифрового комплексного радіопеленгування виконують у такій послідовності. 1. Виконують вибірковий просторовий прийом радіовипромінювання S(t) для сукупності можливих напрямків на його джерело лінійною фазованою антенною решіткою (ФАР) шляхом утворення масиву Sn n  0, N1 когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх  10 приймальних радіоканалів та його цифрового комплексного спектрального аналізу. При цьому визначають комплексний частотний спектр S jk k  0,N1, наприклад при використанні алгоритму швидкого перетворення Фур'є, у вигляді масивів значень амплітудного k  та фазового k  спектрів. Sjk k 0,N1, 15 20 25 = k  exp(.j k  ), (3) де: k  - масив значень амплітудного спектра масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; k  - масив значень фазового спектра масиву когерентних часових відліків вихідних радіосигналів усіх приймальних радіоканалів; k  2  k - частота k-ої спектральної складової, k  0; N  1 ; Д   ТД = 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 S jk k  0,N1, визначають екстремальну частоту  і відповідний їй екстремальний попередній напрямок, яким відповідає максимальний рівень k модуля комплексної амплітуди mах k  = А(  ) екстремальної спектральної складової k S(j  ). k 3. З масиву 30 Sjk k 0, N1 виділяють підмасив екстремальною частотою   1, m . k 4. Розділяють підмасив Sjk k 1,m Sjk k 1,m спектральних складових з на дійсну S( k ,n) та уявну Sk , n складові відповідного комплексного аналітичного сигналу ZS(j k ,n) [3]: ZS(j k , n) = S( k ,n) + j Sk , n , Sk , n  35 де (4) m  k   cosk  n  k ; k  m Sk , n   k   sink  n  k . k  5. Визначають різницю аргументів  k , n комплексних відліків аналітичного сигналу ZS(j k ,n), яка відповідає просторовому розташуванню двох антенних елементів з номерами n1 та n2 в межах ФАР:  k , n   k , n2    k , n1, (5) 40 2 UA 99083 C2 де  .   k , n1  arctgSk , n1 / Sk , n1 ;   k , n2   arctg Sk , n2  / Sk , n2  ; 6. Визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів комплексного аналітичного сигналу згідно з рівнянням: 5       Ц  k     k ,n       d / ,   arccos  n2  n1         (6) де Ц     n2  n1    ;  k  k   Ц 10 15   Ц - операція визначення максимальної частини операнда, що є кратною  радіан. Джерела інформації: 1. Патент України на винахід № 90068, G01S 3/00. Спосіб цифрового комплексного радіопеленгування / В.В. Ципоренко, В.Г. Ципоренко. - № а2009 04409; Заявл. 05.05.2009; Опубл. 25.03.2010. - Бюл. № 6. 2. Марпл - мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990.-584 с., ил. 3. Волощук Ю.I. Сигнали та процеси у радіотехніці: Підручник для студентів вищих навчальних закладів, том 1. - Харків: "Компанія СМІТ", 2003. - 580 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 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 попередніх напрямків на джерело радіовипромінювання, та визначають екстремальну частоту, якій відповідає максимальний рівень модуля комплексної амплітуди спектральної складової, визначають різницю аргументів комплексних відліків і за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання, який відрізняється тим, 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, далі розділяють його на дійсну та уявну складові відповідного комплексного аналітичного сигналу та визначають різницю його аргументів, яка відповідає просторовому розташуванню двох антенних елементів фазованої антенної решітки, після чого за екстремальною частотою та з урахуванням різниці аргументів комплексного аналітичного сигналу визначають остаточний напрямок на джерело радіовипромінювання. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 3