Спосіб цифрового кореляційного радіопеленгування

Реферат: Спосіб цифрового кореляційного радіопеленгування належить до радіоелектроніки та може бути використаний в радіоелектронних засобах різного призначення, зокрема в радіонавігації, радіолокації, радіоастрономії, радіомоніторингу. Радіовипромінювання приймають двома нерухомими рознесеними у просторі антенами з подальшою попередньою селекцією, когерентним перетворенням частоти в межах смуги пропускання та підсиленням у двох радіоканалах, які настроюють на задану робочу частоту. Підсилені радіосигнали перетворюють у цифрову форму та визначають їх комплексні частотні спектри. Після цього здійснюють їх зсув по частоті зі смуги проміжної частоти у смугу робочої частоти шляхом додавання до значень частот їх спектральних складових значення частотного зсуву, що дорівнює різниці між заданою робочою частотою настроювання радіоканалів та проміжною частотою. Потім здійснюють інвертування одного з них і перемножують відліки однакової частоти прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів, отримуючи добуток зсунутих комплексних частотних спектрів. Виділяють масив його дійсних частотних складових та визначають його комплексний частотний спектр, для якого визначають екстремальну частоту, що відповідає спектральній складовій з максимальним модулем комплексної амплітуди. Далі з масиву дійсних частотних складових виділяють підмасив перших його відліків та визначають його комплексний частотний спектр. Потім визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву дійсних частотних складових та виділеного з нього підмасиву перших його відліків. Далі за отриманою різницею аргументів та з урахуванням екстремальної частоти комплексного частотного спектра визначають екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів. За визначеним екстремальним значенням компенсуючого параметра одного з радіоканалів та з урахуванням просторового розміщення антен визначають напрямок на джерело радіовипромінювання. Технічним результатом є підвищення точності радіопеленгування. UA 102351 C2 (12) UA 102351 C2 UA 102351 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі радіоелектроніки і може бути використаний у радіоелектронних засобах різного призначення, зокрема в радіонавігації, радіолокації, радіоастрономії, радіомоніторингу. Відомий спосіб цифрового кореляційного радіопеленгування [1], що вибраний як прототип винаходу. В способі-прототипі, як і в заявленому способі, радіовипромінювання приймають двома нерухомими рознесеними у просторі антенами з подальшою попередньою селекцією, когерентним перетворенням частоти в межах смуги пропускання та підсиленням у двох радіоканалах, які настроюють на задану робочу частоту, підсилені радіосигнали перетворюють у цифрову форму та визначають їх комплексні частотні спектри, після чого здійснюють їх зсув по частоті зі смуги проміжної частоти у смугу робочої частоти шляхом додавання до значень частот їх спектральних складових значення частотного зсуву, що дорівнює різниці між заданою робочою частотою настроювання радіоканалів та проміжною частотою, після чого здійснюють інвертування одного з них, потім перемножують відліки однакової частоти прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів, отримуючи добуток зсунутих комплексних частотних спектрів, визначають екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів, що відповідає максимальному значенню взаємної кореляційної функції, після чого за визначеним екстремальним значенням компенсуючого параметра одного з радіоканалів та з урахуванням просторового розміщення антен визначають напрямок на джерело радіовипромінювання. Але на відміну від заявленого способу, в способі-прототипі після перемноження відліків однакової частоти прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів отриманий добуток спектрів перетворюють шляхом множення аргументів його спектральних складових на коефіцієнти, що обернено пропорційні значенням відповідних відліків частоти, після чого екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів визначають як аргумент суми комплексних частотних відліків перетвореного добутку спектрів. При цьому напрямок на джерело радіовипромінювання визначають з урахуванням лише одного можливого значення аргументу суми комплексних спектральних відліків перетвореного добутку спектрів без аналізу інших можливих його значень. Тому при дії завад, що перекриваються за спектром з корисним сигналом, будуть виникати значні спотворення значення аргументу суми комплексних спектральних відліків за рахунок неможливості розділення відліків корисного сигналу та завад. В результаті точність пеленгування буде низькою. Крім того, аргументи S.k  спектральних складових добутку прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів дорівнюють: 2  d  cos  , (1) S.k   S.k  де S.k - значення частоти k-ї спектральної складової добутку прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів. d - значення антенної бази; S.k  - значення довжини хвилі; θ - напрямок на джерело радіовипромінювання. Аналіз рівняння (1) показує, що при d>/2 значення S.k  може перевищувати  радіан, яке неможливо однозначно оцінити з використанням комплексного спектрального аналізу. Це зумовлює виникнення аномально великої похибки пеленгування таких радіовипромінювань, довжина хвилі яких менша подвійного значення антенної бази. В результаті точність пеленгування буде низькою. Таким чином, суттєвим недоліком способу-прототипу є недостатня точність пеленгування. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу цифрового кореляційного радіопеленгування, згідно з яким радіовипромінювання приймають двома нерухомими рознесеними у просторі антенами з подальшою попередньою селекцією, когерентним перетворенням частоти в межах смуги пропускання та підсиленням у двох радіоканалах, які настроюють на задану робочу частоту, підсилені радіосигнали перетворюють у цифрову форму та визначають їх комплексні частотні спектри, після чого здійснюють їх зсув по частоті зі смуги проміжної частоти у смугу робочої частоти шляхом додавання до значень частот їх спектральних складових значення частотного зсуву, що дорівнює різниці між заданою робочою частотою настроювання радіоканалів та проміжною частотою, після чого здійснюють інвертування одного з них, потім перемножують відліки однакової частоти прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів, отримуючи добуток зсунутих комплексних частотних спектрів, визначають екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів, що відповідає максимальному значенню взаємної кореляційної функції, після чого за 1 UA 102351 C2 5 10 15 визначеним екстремальним значенням компенсуючого параметра одного з радіоканалів та з урахуванням просторового розміщення антен визначають напрямок на джерело радіовипромінювання шляхом того, що після отримання добутку зсунутих комплексних частотних спектрів виділяють масив його дійсних частотних складових та визначають його комплексний частотний спектр, для якого визначають екстремальну частоту, що відповідає спектральній складовій з максимальним модулем комплексної амплітуди, далі з масиву дійсних частотних складових виділяють підмасив перших його відліків та визначають його комплексний частотний спектр, після чого визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву дійсних частотних складових та виділеного з нього підмасиву перших його відліків, далі за отриманою різницею аргументів та з урахуванням екстремальної частоти комплексного частотного спектра визначають екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів, щоб забезпечити підвищення точності пеленгування. Поставлена задача вирішується таким чином. Як відомо [1], прямий розв'язок рівняння правдоподібності в частотній області визначення відносно компенсуючого параметра, яким є затримка  ЛЗ , визначається згідно з рівнянням:  S.B     1 S.k    2 S.k   sin S.k   S.H     S.k     1    , (2)  ЛЗ  arctg S.k S.H.  S.B S.H  S.H      1 S.k    2 S.k   cos S.k    S.k    S.k S.H.    / де ( S.H S.k s.k) - коефіцієнти, що обернено пропорційні значенням відповідних відліків 20 25 30 35 S.k частоти; 1S.k   2 S.k  - масиви значень амплітудних спектрів сигналів першого та другого радіоканалів відповідно; S.H,S.B - значення нижньої та верхньої частоти смуги робочих частот прийнятого сигналу відповідно. Для усунення аномально великої похибки розв'язку рівняння (2) при використанні великої антенної бази d>/2, а також ефективної селекції завад, згідно з винаходом, після отримання добутку зсунутих комплексних частотних спектрів виділяють масив його дійсних частотних складових та визначають його комплексний частотний спектр, для якого визначають екстремальну частоту Ω*ρ, що відповідає спектральній складовій з максимальним модулем комплексної амплітуди. Потім з масиву дійсних частотних складових виділяють підмасив перших його відліків та визначають його комплексний частотний спектр, після чого визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву дійсних частотних складових та виділеного з нього підмасиву перших його відліків. Далі за отриманою різницею аргументів та з урахуванням екстремальної частоти Ω*ρ комплексного частотного спектра визначають екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів - часу затримки  ЛЗ :    ЛЗ    p 45 50 S.B  S.H  / 4 , (3)   - різниця аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з   p екстремальною частотою Ω*ρ. Порівняльний аналіз рівнянь (2) та (3) показує, що при запропонованому способі оцінка екстремального значення компенсуючого параметра  ЛЗ містить додаткову адитивну складову  Ω*ρ, яку однозначно визначають з високою селективністю при наявності завад в широкому діапазоні можливих значень, на відміну від кутової функції S.k  , яка має багатозначність визначення. Таким чином, запропонований спосіб цифрового кореляційного радіопеленгування забезпечує можливість застосування антенної системи зі значенням бази d>>/2, а також ефективної селекції завад, а отже, суттєвого підвищення точності пеленгування в цілому. Заявлений спосіб цифрового кореляційного радіопеленгування виконують в такій послідовності. 1. Радіовипромінювання S(t) джерела приймають двома нерухомими, рознесеними у просторі антенами з подальшою попередньою селекцією, когерентним перетворенням частоти де 40     p 2 UA 102351 C2 5 10 15 20 25 30 35 в межах смуги пропускання та підсиленням у двох радіоканалах, які настроюють на задану робочу частоту. 2. Підсилені радіоканалами на проміжній частоті ПЧ радіосигнали S1(t) і S2(t) перетворюють у цифрову форму, отримуючи два масиви S1(n) і S2(n) по NS відліків у кожному масиві. Перетворення проводять з періодом ТД дискретизації, який вибирають мінімально можливим для заданого значення рівня завадозахищеності з урахуванням ширини спектра сигналу на проміжній частоті в смузі [ПЧ.Н; ПЧ.В]. 3. Для двох накопичених масивів S1(n) і S2(n) відліків визначають їх комплексні частотні спектри S1(jПЧ.k) і S2(jПЧ.k), наприклад за алгоритмом швидкого перетворення Фур'є, і формують у вигляді двох масивів значень амплітудного та фазового спектрів: S1(jПЧ.k) = A1(ПЧ.k) • exp(j1 (ПЧ.k)) S2(jПЧ.k) = A2(ПЧ.k) • exp(j2 (ПЧ.k)), де A1(ПЧ.k),. A2(ПЧ.k) - масиви значень амплітудних спектрів вихідних радіосигналів першого та другого радіоканалів відповідно; φ1(ПЧ.k), φ2(ПЧ.k) - масиви значень фазових спектрів вихідних сигналів першого та другого радіоканалів відповідно; 2  FД ПЧ.k   k - частота k-ої спектральної складової, k  0;  S1; S FД - частота дискретизації вихідних сигналів радіоканалів. 4. Здійснюють зсув отриманих спектрів по частоті зі смуги проміжної ПЧ частоти у смугу робочої S частоти шляхом додавання до значень частот ПЧ. k їх спектральних складових значення частотного зсуву зс, що дорівнює різниці між заданою робочою частотою настроювання радіоканалів та проміжною частотою: S1. jS.k   1ПЧ.k  ЗС   expj1ПЧ.k  ЗС   1S.k   expj1S.k  . (5) S 2. jS.k    2 ПЧ.k  ЗС   expj2 ПЧ.k  ЗС    2 S.k   expj2 S.k  5. Здійснюють інвертування зсунутого спектра сигналу S1.B(jS.k), наприклад, першого радіоканалу: S 1. jS.k   1S.k   exp j1S.k  . (6) 6. Перемножують відліки однакової частоти прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів, отримуючи добуток зсунутих комплексних частотних спектрів: (7) S 1. jS.k   S2. jS.k   1S.k   2 S.k   expj1S.k , де S 1. jS.k  - комплексно спряжений спектр сигналу першого радіоканалу; S.k   2 S.k   1S.k  - аргумент спектральних складових добутку прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів. 7. З добутку зсунутих комплексних частотних спектрів виділяють масив Μ його дійсних частотних складових, кількість яких дорівнює Νp: (8)   Re 1S.k    2 S.k   exp j  S.k  , .    8. Визначають комплексний частотний спектр S(jp) масиву Μ дійсних частотних складових, наприклад за алгоритмом швидкого перетворення Фур'є: (9) S jp   p  exp j  p , де  p ,  p - модуль та аргумент р-ої спектральної складової комплексного частотного         40 45 50     спектра S(jp) відповідно; p   S  p / FД   p - частота р-ої спектральної складової, p 0;  p  1 . 9. Визначають екстремальну частоту Ω*р для комплексного частотного спектра S(jp), що * відповідає спектральній складовій з максимальним модулем Αmax(Ω р) комплексної амплітуди. 10. З масиву Μ дійсних частотних складових виділяють підмасив М1 перших його відліків, кількість яких дорівнює, наприклад, Νp1=Νp/2, та доповнюють його нульовими відліками кількістю Νp0 до розмірності Νp=Νp1 + Νp0. 11. Для підмасиву М1 відліків визначають його комплексний частотний спектр S1(jp) за тим же алгоритмом, що і для масиву Μ, тобто швидкого перетворення Фур'є: (10) S jp  1 p  exp j 1 p , де 1 p , 1 p - модуль та аргумент р-ої спектральної складової комплексного частотного              спектра S1(jp) відповідно. 3  UA 102351 C2 12. Визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою Ω*p, що визначені для масиву дійсних частотних складових та виділеного з нього підмасиву перших його відліків: (11)       1  . p p p     5   Оскільки аргументи    та    дорівнюють значенням аргументів  S.m  спектральних складових добутку зсунутих комплексних частотних спектрів на середніх частотах S.l і ωS.m виділених масивів Μ та М1 відповідно, то:  p 1  p S.l  та   S.H     S.  S.H  , при      S.l   S.m    ЛЗ  S. p p 4 4 p  S.H  p1  S. S.H  S. S.H  S. S.l  ; S.m   p1  p / 2 . 2 2 4 13. За отриманою різницею аргументів   та з урахуванням екстремальної частоти   p p комплексного частотного спектра визначають екстремальне значення компенсуючого параметра  ЛЗ одного з радіоканалів:    10     ЛЗ     p 15 20      p S.B  S.  / 4 (12) . 14. За визначеним екстремальним значенням компенсуючого параметра одного з радіоканалів та з урахуванням просторового розміщення антен визначають напрямок θ на джерело радіовипромінювання відносно антенної бази: θ = arccos(c •  ЛЗ /d). (13)  де с - швидкість поширення електромагнітного випромінювання у вільному просторі. Джерела інформації 1. Патент України на винахід № 95053, G 01 S 5/02. Спосіб цифрового кореляційного радіопеленгування / В.В. Ципоренко, В.Г. Ципоренко. - №а2010 13814; Заявл. 22.11.2010; Опубл. 25.06.2011, Бюл. № 12. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 Спосіб цифрового кореляційного радіопеленгування, згідно з яким радіовипромінювання приймають двома нерухомими рознесеними у просторі антенами з подальшою попередньою селекцією, когерентним перетворенням частоти в межах смуги пропускання та підсиленням у двох радіоканалах, які настроюють на задану робочу частоту, підсилені радіосигнали перетворюють у цифрову форму та визначають їх комплексні частотні спектри, після чого здійснюють їх зсув по частоті зі смуги проміжної частоти у смугу робочої частоти шляхом додавання до значень частот їх спектральних складових значення частотного зсуву, що дорівнює різниці між заданою робочою частотою настроювання радіоканалів та проміжною частотою, після чого здійснюють інвертування одного з них, потім перемножують відліки однакової частоти прямого та інверсного зсунутих комплексних частотних спектрів, отримують добуток зсунутих комплексних частотних спектрів, визначають екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів, що відповідає максимальному значенню взаємної кореляційної функції, після чого за визначеним екстремальним значенням компенсуючого параметра одного з радіоканалів та з урахуванням просторового розміщення антен визначають напрямок на джерело радіовипромінювання, який відрізняється тим, що після отримання добутку зсунутих комплексних частотних спектрів виділяють масив його дійсних частотних складових та визначають його комплексний частотний спектр, для якого визначають екстремальну частоту, що відповідає спектральній складовій з максимальним модулем комплексної амплітуди, далі з масиву дійсних частотних складових виділяють підмасив перших його відліків та визначають його комплексний частотний спектр, після чого визначають різницю аргументів комплексних амплітуд спектральних складових з екстремальною частотою, що визначені для масиву дійсних частотних складових та виділеного з нього підмасиву перших його відліків, далі за отриманою різницею аргументів та з урахуванням екстремальної частоти комплексного частотного спектра визначають екстремальне значення компенсуючого параметра одного з радіоканалів. 4 UA 102351 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 5