Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели
Владельцы патента RU 2703718:
Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" (RU)
Изобретение относится к радиолокации, а именно к способу отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, в пространственно-распределенной радионавигационной системе (РНС), содержащей радиопередатчики опорных станций РНС и приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы радиопередатчиков РНС. Достигаемый технический результат - отождествление принимаемых приемником сигналов, рассеянных воздушными целями, с этими целями по измерениям направлений на воздушные цели. Указанный результат достигается за счет того, что радиопередатчики опорных станций РНС излучают навигационные сигналы, которые рассеиваются воздушными целями; антенная решетка приемника принимает сигналы, рассеянные воздушными целями; блок пеленгации приемника обеспечивает прием сигналов с каналов антенной решетки и расчет пространственного спектра сигналов, рассеянных воздушными целями, принятых антенными элементами антенной решетки, и определение направлений прихода сигналов, поступающих на антенную решетку от воздушных целей; блок отождествления сигналов, принимая сигналы с передающих каналов антенной решетки и направления прихода сигналов с блока пеленгации, производит оценку вектора, содержащего сигналы, рассеянные соответствующими воздушными целями. Таким образом, в приемнике многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системы каждой воздушной цели поставлен соответствующий ей рассеянный сигнал, который передается потребителю. 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, а именно к способу отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, в пространственно распределенной радионавигационной системе (РНС), содержащей радиопередатчики опорных станций РНС и приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы радиопередатчиков РНС.
Известна многопозиционная система определения местоположения воздушных судов [1], содержащая наземный радиозапросчик и самолетный ответчик, соединенные линией запроса, не менее трех приемников ответных сигналов, соединенных с самолетным ответчиком по линиям ответа, ЭВМ с модулем расчета координат воздушного судна, выполненным с учетом измерения высоты полета и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположения радиозапросчика.
В этой системе отождествление воздушных судов осуществляется по кодированному ответному сигналу, содержащему в общем виде информацию о бортовом номере, высоте, запасе топлива. Однако при отсутствии ответного сигнала отождествление измерений становится невозможным.
Задачей предлагаемого способа является отождествление принимаемых приемником сигналов, рассеянных воздушными целями, с этими целями по измерениям направлений на воздушные цели.
Поставленная задача решается следующим способом:
- радиопередатчики опорных станций РНС излучают навигационные сигналы y1(t), y2(t), …, yN(t), где N - количество радиопередатчиков опорных станций, которые рассеиваются воздушными целями;
- антенная решетка приемника принимает сигналы s1(t), s2(t), …, sM(t), рассеянные воздушными целями, где М - количество воздушных целей, m=1, 2, …, М, формируя сигналы x1(t), x2(t), …, xK(t), где K - количество антенных элементов и передающих каналов из антенной решетки в блок пеленгации и в блок отождествления сигналов,
- блок пеленгации приемника обеспечивает прием сигналов x1(t), x2(t), …, xK(t) с каналов антенной решетки и расчет пространственного спектра сигналов s1(t), s2(t), …, sM(t), рассеянных воздушными целями, принятых К антенными элементами антенной решетки, и определение направлений θ1, θ2, …, θM прихода сигналов s1(t), s2(t), …, sM(t), поступающих на антенную решетку от М воздушных целей;
- блок отождествления сигналов, принимая сигналы x1(t), x2(t), …, xK(t) с передающих каналов антенной решетки и направления прихода сигналов θ1, θ2, …, θM с блока пеленгации, производит оценку вектора S(t), содержащего сигналы s2(t), …, sM(t), рассеянные соответствующими воздушными целями
где AN=[A(θ1), A(θ2), …, A(θM)] - матрица направленности, состоящая из М векторов
H - индекс транспонирования и комплексного сопряжения, λ - длина волны, dk - расстояние от k-го (k=1, 2 …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки, ϕk - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки,
- вектор сигналов в K каналах антенной решетки.
На Фиг. 1 приведена функциональная схема пространственно распределенной РНС «радиопередатчики - цели - приемник», на фиг. 2 приведена функциональная схема приемника.
Пространственно распределенная РНС состоит из N радиопередатчиков опорных станций 11, 12, …, 1N и приемника 2.
Приемник 2 состоит из антенной решетки 21 блока пеленгации 22 и блока отождествления сигналов 23. Антенная решетка 21 состоит из K антенных элементов 21.1, 21.2, …, 21.K.
Антенна решетка 21 соединена К каналами, количество которых соответствует количеству антенных элементов, с блоком пеленгации 22 и с блоком отождествления сигналов 23. Блок пеленгации 22 соединен с блоком отождествления сигналов 23. Блок отождествления сигналов 23 имеет выход, по которому отождествленные сигналы передаются потребителю.
Радиопередатчики опорных станций 11, 12, …, 1N излучают навигационные сигналы y1(t), y2(t), …, yN(t), которые рассеиваются воздушными целями 31, 32, …, 3M.
Приемник 2 принимает сигналы, рассеянные воздушными целями 31, 32, …, 3M, находящимися в зоне действия пространственно распределенной РНС. На антенные элементы 21.1, 21.2, …, 21.K антенной решетки 21 приемника 2, поступают сигналы s1(t), s2(t), …, sM(t), m=1, 2, …, М), рассеянные целями, приходящие с направлений θ1, θ2, …, θM, формируя из них вектор
где AN=[A(θ1), A(θ2), …, A(θM)] - матрица направленности, состоящая из М векторов
соответствующих направлениям θ1, θ2, …, θM прихода М сигналов,
λ - длина волны,
dk - расстояние от k-го (k=1, 2, …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки,
ϕk - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки.
Сигналы x1(t), x2(t), …, xK(t) с каналов антенной решетки 21 передаются в блок пеленгации 22 и блок отождествления сигналов 23.
Блок пеленгации 22, получив сигналы x1(t), x2(t), …, xK(t), от антенной решетки 21 с помощью метода пеленгации рассчитывает пространственный спектр сигналов, поступающих на антенную решетку 21 и направления их прихода.
Известно множество методов определения направлений на источники изучения радиосигналов. Наиболее известный из них - метод Кейпона [2, с. 43-57]. Он заключается в следующем. Многоэлементная антенная решетка, состоящая из K слабонаправленных антенных элементов, принимает поступающие на нее М сигналов s1(t), s2(t), …, sM(t).
На выходах K элементов антенной решетки 21 формируется вектор сигналов
X(t)=AN⋅S(t),
Используя вектор X(t) вычисляют корреляционную матрицу
R(θ)=E[XXH],
где Е - оператор математического ожидания, H - символ транспонирования и комплексного сопряжения.
С использованием корреляционной матрицы рассчитывают спектр мощности, позволяющий определять направления на источники
где вектор А(θ) имеет вид
Направления θ1, θ2, …, θM, соответствующие максимумам углового спектра мощности Рсар(θ) представляют собой направления на источники излучений.
Определив направления прихода М сигналов θ1, θ2, …, θM, блок пеленгации 22 передает их в блок отождествления сигналов 23.
Блок отождествления сигналов 23, получив от антенной решетки 21 сигналы x1(t), x2(t), …, xK(t), а от блока пеленгации 22 - направления прихода сигналов θ1, θ2, …, θM с использованием уравнения (1) отождествляет сигналы с воздушными целями 3M, посредством разделения сигналов, поступающих на антенную решетку 21, следующим образом: обе части этого уравнения умножаются на матрицу направленности ANH
ANHX(t)=ANHANS(t),
где H - индекс транспонирования и комплексного сопряжения.
Оценка вектора S(t), содержащего сигналы s2(t), …, sM(t), рассеянные соответствующими целями, определяется в виде
Таким образом, в приемнике многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системы каждой воздушной цели поставлен соответствующий ей рассеянный сигнал, который передается потребителю.
Литература
1. Патент 2584689 РФ, МПК G01S 13/74. Многопозиционная система определения воздушных судов / Г.Н. Майков (РФ), А.В. Демидюк (РФ), Е.В. Демидюк (РФ); Майков Геннадий Николаевич (РФ), Демидюк Андрей Викторович (РФ), Демидюк Евгений Викторович (РФ). - №2014145250; Заявлено 11.11.2014; Опубл. 20.05.2016. Бюл. 14. 11 с.: 3 ил.
2. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г. Методы оценивания параметров источников сигналов и помех, принимаемых антенной решеткой. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые подходы к проблемам генерации, обработки, передачи, хранения, защиты информации и их применение». Нижний Новгород, 2007, 98 с.
Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели, содержащей N радиопередатчиков опорных станций радионавигационной системы (РНС), радиоприемник в составе антенной решетки с К антенными элементами, блока пеленгации и блока отождествления сигналов, в котором для подсвета воздушных целей используются сигналы радиопередатчиков опорных станций РНС, осуществляющий:
- радиопередатчиками опорных станций РНС излучение навигационных сигналов y1(t), y2(t), …, уN(t), где N - количество радиопередатчиков опорных станций, которые рассеиваются воздушными целями;
- антенной решеткой радиоприемника прием сигналов s1(t) s2(t), …, sM(t), рассеянных воздушными целями, где М - количество воздушных целей, m=1, 2, …, M, и формирование сигналов x1(t), x2(t), …, xK(t), где K - количество антенных элементов и передающих каналов из антенной решетки в блок пеленгации и в блок отождествления сигналов;
- блоком пеленгации прием сигналов x1(t), x2(t), …, xK(t) с каналов антенной решетки и расчет пространственного спектра сигналов s1(t), s2(t), …, sM(t), рассеянных воздушными целями, принятых К антенными элементами антенной решетки, и определение направлений θ1, θ2, …,θM прихода сигналов s1(t), s2(t), …, sM(t), поступающих на антенную решетку от М воздушных целей;
- блоком отождествления сигналов прием сигналов x1(t), x2(t), …, xK(t) с передающих каналов антенной решетки и направлений прихода сигналов θ1, θ2, …,θM с блока пеленгации, и оценку вектора S(t), содержащего сигналы s2(t), …, sM(t), рассеянные соответствующими воздушными целями,
где AN=[A(θ1), A(θ2), …, A(θM)] - матрица направленности, состоящая из М векторов
H - индекс транспонирования и комплексного сопряжения, λ - длина волны, dk - расстояние от k-го (k=1, 2 …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки, ϕk - направление на k-й (k=1, 2,..., K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки,
- вектор сигналов в K каналах антенной решетки.