Спосіб просторової селекції джерел радіовипромінювання в довільній хвильовій зоні

Реферат: Спосіб просторової селекції джерел радіовипромінювання (ДРВ) в довільній хвильовій зоні, у якому радіосигнали ДРВ приймають випромінювані кожним з Μ ідентичних антенних каналів еквідистантної лінійної антенної решітки (АР) системи просторової селекції, розташованих один відносно другого на відстані половини середньої довжини хвилі 0 частотного діапазону, підсилюють в кожному приймальному каналі, вимірюють несену частоту f прийнятих сигналів, визначають кутові напрямки приходу сигналів (пеленги) і оцінюють дальності до ДРВ за допомогою модифікованого алгоритму Кейпона. Розпізнавання інформаційної структури -1 сигналів здійснюють послідовно або по пріоритетності: обчислюють пряму Rxx та обернену Rxx кореляційні матриці, розраховують керуючий вектор АР Sa, обчислюють вектор вагових коефіцієнтів (ВВК) АР, помножують прийняті сигнали на ВВК АР, демодулюють просторово відселектовані сигнали. UA 121465 U (12) UA 121465 U UA 121465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області радіотехніки і може бути використана для просторової селекції джерел радіовипромінювання (ДРВ) в довільній хвильовій зоні (включаючи й зону дифракції Френеля) приймальної антени за формою фазового 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 заснований на порівнянні фазової модуляції сигналу, прийнятого антеною, яка обертається по колу, з фазою опорного генератора. Недоліком способу є те, що для визначення місця розташування ДРВ застосовують багатопозиційний метод [1]. Відомий однопозиційний спосіб визначення місця розташування ДРВ, оснований на нелінійному ефекті перехресної модуляції сигналу, який формується в передавачі ДРВ зовнішнім потужним імпульсним полем. Недоліком відомого способу є необхідність наявності передавача більшої імпульсної потужності [2]. Відомий однопозиційний спосіб визначення місцезнаходження ДРВ в ближній зоні (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, яка обертається, і напрямками, відповідними екстремумам допплерівського зсуву частоти, та за їх значенням визначають місце розташування ДРВ. Недоліком вказаного способу є необхідність обертання антени в горизонтальній площині прийомних з постійною кутовою швидкістю [3]. Відомий також спосіб оцінки поточних координат ДРВ, який полягає в прийомі випромінюваного джерелом радіосигналу кожним елементом еквідистантної лінійної антенної решітки (АР), підсиленні його в кожному приймальному каналі, вимірюванні його частоти, формуванні фазометрами сигналів, пропорційних різниці фаз в центральному і кожному з приймальних каналів, визначенні напрямку надходження 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, рівномірно розташовують їх на поздовжньої осі АР в межах зони Френеля, визначають координати і точки прив'язки до поздовжньої осі АР винесених елементів, а також здійснюють фазування всіх каналів, попередньо оцінюють дальність до ДРВ, здійснюють уточнення координат та усунення неоднозначності для оцінки дальності ДРВ на основі алгоритму стохастичної апроксимації. Недоліками даного способу є необхідність 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 декількох ДРВ які знаходяться на одному пеленгу та складність його реалізації [4]. Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є спосіб визначення місцезнаходження джерел радіовипромінювання в ближній зоні [7]. Основою способу є алгоритм пеленгації ДРВ високої роздільної здатності для плоского фронту ЕМХ, який працює по набігах фаз і відомого як алгоритм Кейпона. Вказаний алгоритм модифікований для роботи зі сферичним фронтом у ближній зоні (БЗ), що дозволяє одночасно визначати пеленги та дальності до кількох ДРВ, при цьому скоротити загальну кількість операцій до шести. Однак застосування даного способу дозволяє створювати тільки радіопеленгатори, оскільки алгоритм Кейпона не виявляє інформаційну складову сигналів, що обмежує його використання, наприклад, у системах радіомоніторингу. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу просторової селекції джерел радіовипромінювання в довільній хвильовій зоні шляхом розпізнавання інформаційної структури сигналів послідовно або по пріоритетності. Поставлена задача вирішується тим, що в способі просторової селекції джерел радіовипромінювання в довільній хвильовій зоні, який включає прийом випромінюваних ДРВ радіосигналів кожним з M ідентичних антенних каналів еквідистантної лінійної АР системи просторової селекції, розташованих один відносно другого на відстані половини середньої довжини хвилі 0 частотного діапазону, підсилення їх в кожному приймальному каналі, вимір несучої частоти f прийнятих сигналів, визначення кутових напрямків приходу сигналів (пеленгів) і оцінювання дальності до ДРВ за допомогою модифікованого алгоритму Кейпона. 1 UA 121465 U Новим є те що розпізнавання інформаційної структури сигналів здійснюють послідовно або 1 по пріоритетності: обчислюють пряму Rxx та обернену Rxx кореляційні матриці, розраховують 5 10 керуючий вектор S a АР, обчислюють вектор вагових коефіцієнтів (ВВК) антенної решітки (АР), помножують прийняті сигнали на ВВК АР, демодулюють просторово відселектовані сигнали. Суть корисної моделі пояснюється кресленням: На фіг. 1 представлена сукупність операцій, запропонованого способу. На фіг. 2 представлена еквідистантна лінійна M -елементна АР для пояснення фізичної суті 1 прямої Rxx та оберненої Rxx кореляційних матриць. На фіг. 3 представлений кутовий спектр напрямів надходження сигналів у вигляді максимумів функції V ДЗ   при моделюванні по алгоритму Кейпона для плоского фронту ЕМХ. На фіг. 4 - структурна схема запропонованого способу, яка включає: антенну решітку (АР), 1 блок розрахунку Rxx , Rxx , блок модифікованого алгоритму Кейпона V  і , d i  ; 15 20 25 блок розрахунку S  і , d i  , блок розрахунку ВВК w , блок просторової селекції сигналу wT xt  , демодулятор. Спосіб просторової селекції джерел радіовипромінювання в довільній хвильовій зоні полягає в наступному: сигнали приймають в кожному приймальному каналі АР; визначають несені частоти прийнятих сигналів; обчислюють кутові напрямки приходу сигналів (пеленгів) та оцінюють дальність до ДРВ за допомогою модифікованого алгоритму Кейпона; 1 обчислюють пряму Rxx та обернену Rxx кореляційні матриці та керуючий вектор S a ; обчислюють ВВК АР; помножують прийняті сигнали на ВВК; демодулюють просторово відселектовані сигнали. Спосіб працює наступним чином: з виходу АР сигнали x t надходять на блок розрахунку  30 Rxx , R 1 xx 1 де для вибраного ДРВ обчислюють пряму Rxx та обернену Rxx кореляційну матрицю (фіг. 2, де вибраний сигнал S є корисним, а усі інші вважаються завадами). H xt   x1 t , x2 t , ..., xN t  - вектор вхідних сигналів АР; H Rxx  xt xt  (1) 35 В блоці модифікованого алгоритму Кейпона для БЗ розраховують дальність до ДРВ, який передбачає обчислення функцій вихідних сигналів лінійної АР, яка залежить як від кута приходу  і , так і від дальності d i : V  і , d i   1 , (2) 1 F  i S  і , d i Rxx  i S  і , d i  2 H де F  i  - діаграма спрямованості (ДС) окремого елемента АР; значення V  і , d i  надходить до блока розрахунку S  і , d i  , 40 де S  і , d i  - керуючий вектор АР. Для вибраного ДРВ при його знаходженні у БЗ обчислюється керуючий вектор (3) або (4) якщо ДРВ знаходиться в дальній зоні (ДЗ): 2 UA 121465 U 1    exp jkd  , d   1 0 0  . (3), S  0 , d 0         exp jkdN  0 , d 0  1    exp j 2L sin   /     (4). S           exp j N  1L sin   /   На блок розрахунку ВВК: T w  w1 , w2 , w3 , ...,...wM , (5), 5 1 надходять значення Rxx та S  і , d i  , де за допомогою рівняння Вінера-Хопфа [6] обчислюють ВВК АР:  w  Rxx1 Rxd (6), при розташуванні ДРВ в БЗ: Rxd  S  і , d i  , (7) 10 а при розташуванні ДРВ в ДЗ: Rxd  S  і  . (8)  В блоці просторової селекції сигналу помножують прийняті сигнали x t на ВВК АР wT для формування ДС, яка селектує досліджуваний сигнал від інших, завадових сигналів: si t   wT xt  . (9) 15 Демодулятор здійснює перетворення: ai t   D S i t . (10) Моделювання запропонованого способу здійснювалося в програмному середовищі Mathcad при наступних вихідних даних: несуча частота f  10,5 ГГц, 20 25 30 35 40 кількість елементів АР M  10 , ширина бази L  2  6 см, ширина спектра корисного сигналу f  8 МГц, інтервал дискретизації (для всіх сигналів) t  1 / 2 , f  62.5 нc, час спостереження T  10 мс, число дискрет на інтервалі спостереження N  160 , ширина діаграми спрямованості (ДС) елемента АР по нулях 2 0  44  . Приклад моделювання для цих даних при виконанні операції 3 у виді напрямків пеленгів по функції Кейпона для плоского фронту ЕМХ згідно з рівняннями(1), (3) зображені на фіг. 3. Після визначення пеленгу завади разраховують вагові коефіцієнти за рівнянням ВінераХопфа (5) для того, щоб сформувати провали в ДС в кутових напрямках, звідки приходить завада. Для пеленгації ДРВ зі сферичним фронтом ЕМХ використовують модифікований алгоритм Кейпона (2). Моделювання просторової селекції сигналів для кутових положень пеленгів, зображених на фіг. 4, показало, що після просторової селекції корисного сигналу, який розташовувався на нульовому пеленгу в ДЗ, його рівень підсилився на 5.8 дБ; сигнал першої завади, яка також розташовувалася в ДЗ, але на пеленгу +10° - приглушувався на 15 дБ, а сигнал другої завади, що розташовувалась в БЗ на пеленгу -10° був приглушений на 29.4 дБ. При моделюванні в MathCad просторової селекції сигналів за умови розміщення завад у ДЗ на одній лінії з корисним сигналом з метою наближення до реальних умов поширення радіохвиль джерела завад і корисного сигналу були розміщені не на одній лінії, а на дуже малому куті розносу (кутове рознесення 1°). 3 UA 121465 U Результати моделювання наведені у таблиці при знаходженні ДРВ корисного сигналу на нульовому пеленгу в ДЗ, а ДРВ завад на пеленгах -1° і +1° у БЗ відповідно на відстанях 6 і 5 м від АР. Таблиця Сигнали корисний завада 1 завада 2 1-й вар. 0° -1° +1° Пеленги сигналів 2-й вар. 3-й вар. +1° -1° 0° 0° -1° +1° 1-й вар. 8,303 45 37,684 Придушення, дБ 2-й вар. -0,289 28,491 27,123 3-й вар. -2,325 19,131 16,834 5 10 15 20 25 З таблиці видно, що у запропонованому способі застосувавши просторове розділення сигналів за формами фазового фронту ЕМХ досягають просторової селекції і при відсутності кутового розносу між напрямами приходу корисного сигналу і завад. Після завершення просторової селекції здійснюють демодуляцію просторово відселектованих сигналів, визначають параметри кожного сигналу окремо від інших. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Вартанесян В.А. "Радиоэлектронная разведка" - Μ.: Воениздат, 1975 p., стр. 232-236. 2. Авдеев В.Б., Панычев С.Н. "Нелинейная радиодальнометрия источника радиоизлучения методом преднамеренной перекрестной модуляции его сигналов", Радиотехника, 2004 г., №9, стр. 74-76. 3. Патент RU № 2308735. "Способ определения местоположения источников радиоизлучения в ближней зоне". МПК G01S 5/08, Опубл. 20.10.2007. 4. Патент RU №2231806. "Способ оценки текущих координат источника радиоизлучения. МПК G01S 5/08, Опубл. 27.06.2004. 5. J. Capon. High-Resolution Frequency-Wavenumber Spectrum Analysis. Proc. IEEE, Vol. 57, No. 8, August 1969. 6. Б. Уидроу, С. Стирнз. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. - М: Радио и связь, 1989. - 440 с. 7. Деклараційний патент на корисну модель UA № 113916, МПК G01S 5/08, опубл.27.02.2017, Спосіб визначення місцезнаходження джерел радіовипромінювання в ближній зоні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Спосіб просторової селекції джерел радіовипромінювання (ДРВ) в довільній хвильовій зоні, який полягає в тому, що радіосигнали ДРВ приймають випромінювані кожним з Μ ідентичних антенних каналів еквідистантної лінійної антенної решітки (АР) системи просторової селекції, розташованих один відносно другого на відстані половини середньої довжини хвилі 0 частотного діапазону, підсилюють в кожному приймальному каналі, вимірюють несену частоту f прийнятих сигналів, визначають кутові напрямки приходу сигналів (пеленги) і оцінюють дальності до ДРВ за допомогою модифікованого алгоритму Кейпона, який відрізняється тим, що розпізнавання інформаційної структури сигналів здійснюють послідовно або по -1 пріоритетності: обчислюють пряму Rxx та обернену Rxx кореляційні матриці, розраховують керуючий вектор АР Sa, обчислюють вектор вагових коефіцієнтів (ВВК) АР, помножують прийняті сигнали на ВВК АР, демодулюють просторово відселектовані сигнали. 4 UA 121465 U 5 UA 121465 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6