Способ обработки радиолокационных сигналов
Владельцы патента RU 2416806:
Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро радиосистем" (RU)
Изобретение может быть использовано в обзорно-поисковых системах, в частности в пассивных радиолокационных станциях. Сущность изобретения заключается в том, что получение сигналов на приемных точках осуществляют в различных частотных диапазонах и в различных секторах, причем количество секторов в различных частотных диапазонах может не совпадать, после чего линейными и аналого-цифровыми преобразованиями полученных с приемных точек непрерывных сигналов различных частотных диапазонов формируют последовательности цифровых отсчетов, на основе которых совокупность реализации принятых в одном частотном диапазоне и в одном секторе сигналов объединяют в радиолокационное изображение (РЛИ), представляющее из себя двухмерную матрицу, причем номера столбцов соответствуют номерам отсчетов, а номера строк соответствуют номерам реализации входного процесса; на полученных РЛИ производят поиск и идентификацию характерных неоднородностей, обусловленных сигналами искомых источников радиоизлучения (ИРИ), сопоставляют найденные на данном РЛИ характерные неоднородности с найденными на других РЛИ, на основании совпадения точек неоднородности, полученных в различных частотных диапазонах и с разных приемных позиций, формируют комплексное РЛИ, представляющее из себя четырехмерную матрицу в пространстве "номер отсчета - номер реализации - частотный диапазон - номер сектора"; на полученном комплексном РЛИ производят вычисление координат характерных неоднородностей. Достигаемый технический результат - получение точных и полных данных об источниках радиоизлучения в сложной сигнально-помеховой обстановке. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в обзорно-поисковых системах, в частности в пассивных РЛС.
Известен разностно-дальномерный способ обработки радиолокационных сигналов (см. патент RU №2000129837, опубл. 20.10.2002, патент RU №2204145, опубл. 05.10.2003), заключающийся в приеме сигналов, измерении задержек ΔT сигнала с нескольких точек приема, решении гиперболических уравнений на центральном приемном пункте, на основе чего определяют координаты источника радиоизлучения.
Недостатком известного способа является сильное увеличение погрешности вычислений при увеличении частоты исследуемого радиоизлучения. В случае когда период излучения меньше максимального времени задержки хотя бы для одной из точек приема, возникает неоднозначность определения координат, устранить которую практически невозможно.
Известен угломерный разностно-дальномерный способ обработки радиолокационных сигналов (см. патент RU №2001125859, опубл. 10.06.2003), включающий прием, выделение и обработку прямого излучения источника радиоизлучения (ИРИ), измерение угловых направлений и частоты принимаемого сигнала, прием сигнала вторым приемным устройством, антенну которого перемещают относительно первой антенны с известной скоростью, измерение частоты принимаемого сигнала, вычисление проекции известной скорости относительно перемещения на направлении на ИРИ, вычисление по полученным результатам радиальной скорости перемещения ИРИ в каждый момент измерения, его дальности и азимута.
Недостатком известного способа является отсутствие помехозащищенности, то есть наложение помех на принимаемый сигнал сильно увеличивает погрешность измерения координат ИРИ.
Известен способ определения координат источника радиоизлучения, описанный в патенте RU №2263328, опубл. 27.10.2005, заключающийся в вычислении числа N элементарных зон привязки, определении местоположения центров элементарных зон привязки, присвоении каждой элементарной зоне привязки порядкового номера, расчете для всех точек приема, каждая из которых содержит более двух антенных элементов, значений эталонных первичных пространственно-информационных параметров на выходах антенных элементов, расчете для каждой элементарной зоны привязки разности между эталонными и измерительными первичными пространственно-информационными параметрами, суммировании и возведении в квадрат полученных разностей, выделении из полученных сумм минимальной, отождествлении координат ИРИ и координат центра элементарной зоны привязки, соответствующей минимальной сумме.
Существенным недостатком известного способа является отсутствие возможности измерения пространственных координат ИРИ, находящегося над земной поверхностью (в частности, летательного аппарата).
Наиболее близким к заявляемому, выбранным в качестве прототипа является способ определения координат источника радиоизлучения, описанный в патенте RU №2283505, опубл. 10.09.2006. Этот способ включает в себя прием сигналов источников радиоизлучений в заданной полосе частот перемещающимся в пространстве пеленгатором, измерение первичных пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов с одновременным измерением и запоминанием вторичных параметров: координат местоположения пеленгатора и пространственной ориентации его антенной решетки, многократное повторное измерение совокупности первичных и вторичных параметров в процессе перемещения пеленгатора по свободной траектории, отличительной особенностью которого является предварительное вычисление количества элементарных зон привязки, расчет и запоминание эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров, соответствующих этим зонам, после чего во время поиска источников радиоизлучения анализируется разность измеренных и эталонных первичных пространственно-информационных параметров.
Достоинством способа-прототипа является сравнительно высокая точность определения координат ИРИ.
Принципиальным недостатком способа-прототипа является необходимость неоднократного вычисления тригонометрических функций, что оставляет необходимость поиска компромисса между точностью вычислений и их объемом.
Недостатком известного способа является также то, что он основывается на приеме информации лишь с одной приемной точки, что понижает уровень помехоустойчивости системы по сравнению с системами, принимающими сигналы от ИРИ с нескольких приемных точек, но в большинстве реализаций (к примеру, при реализации на основе метода триангуляции) не дающими приемлемо точных результатов при выходе из строя хотя бы одной из приемных точек.
Для устранения вышеуказанных недостатков была поставлена задача создания способа для обработки радиолокационных сигналов, обеспечивающего получение точных и полных данных об объектах (источниках радиоизлучения) в сложной сигнально-помеховой обстановке, причем полученные результаты должны обладать достаточной точностью даже при работе с одной приемной точкой. При этом с заданной точностью должна проводиться первичная идентификация ИРИ.
Поставленная задача решается тем, что РЛИ, сформированные на приемных точках (каждая из приемных точек содержит антенны разных частотных диапазонов, а в каждом частотном диапазоне все анализируемое пространство разбивается на отдельные сектора, причем количество секторов в различных частотных диапазонах может не совпадать) на основе принятых сигналов, дискретизированных по времени, представляют из себя четырехмерные матрицы в пространстве "номер отсчета - номер принятого сигнала - частотный диапазон - номер сектора". Таким образом, РЛИ анализируют по четырем независимым переменным, что снижает вероятность появления ошибочного результата при анализе РЛИ. При анализе РЛИ производится поиск характерных неоднородностей на РЛИ, соответствующих источникам радиоизлучения. Характерной неоднородностью РЛИ является любое резкое отклонение значений элементов построенной четырехмерной матрицы от средних значений (средние значения, соответствующие различным секторам и частотным диапазонам, различаются между собой).
Задача повышения помехоустойчивости системы, т.е. задача исключения возможности выявления характерных неоднородностей РЛИ, вызванных не реальным ИРИ, а какими-либо помехами, решается тем, что проводится анализ РЛИ (содержимого полученной четырехмерной матрицы), заключающийся в прямом быстром преобразовании Фурье m-й реализации входного процесса, формировании m-ной выборочной оценки полиспектра с помощью произведения полученных результатов преобразования Фурье на различных частотах и расчете усредненной оценки полиспектра (с усреднением по всем рассматриваемым реализациям). Результат подобных вычислений будет нулевым для сигналов естественного происхождения (к примеру, атмосферные шумы), а также для искусственных шумов, параметры которого в пределах полосы пропускания системы схожи с параметрами "белого" шума. Для сигналов искусственного происхождения, не являющихся шумом, результат подобных вычислений будет ненулевым, а на основе его значения можно проводить сравнение найденной характерной неоднородности с другими характерными неоднородностями.
На основе результатов, полученных с помощью описанных вычислений, целесообразно согласно изобретению производить идентификацию ИРИ, обусловившего появления найденной характерной неоднородности на РЛИ. Возможность идентификации ИРИ основана на различии параметров интенсивности излучения и спектральных параметров, соответствующих различным ИРИ. Достоинством этого способа идентификации является то, что результат описанных вычислений не зависит от сдвига принятого сигнала во времени.
Координаты найденных характерных неоднородностей определяют с использованием известных геометрических способов (триангуляция, трилатерация и т.д.).
1. Способ обработки радиолокационных сигналов, включающий получение радиолокационных сигналов с нескольких пространственно разнесенных приемных точек, формирование на их основании соответствующих радиолокационных изображений (РЛИ), выделение на РЛИ характерных неоднородностей, соответствующих источникам радиоизлучения (ИРИ), объединение получившихся РЛИ в одно комплексное изображение и вычисление координат выделенных характерных неоднородностей, отличающийся тем, что получение сигналов на приемных точках осуществляют в различных частотных диапазонах и в различных секторах, причем количество секторов в различных частотных диапазонах может не совпадать, после чего линейными и аналого-цифровыми преобразованиями полученных с приемных точек непрерывных сигналов различных частотных диапазонов формируют последовательности цифровых отсчетов, на основе которых совокупность принятых в одном частотном диапазоне и в одном секторе сигналов объединяют в РЛИ, представляющее из себя двухмерную матрицу, причем номера столбцов соответствуют номерам отсчетов, а номера строк соответствуют номерам принятых сигналов; на полученных РЛИ производят поиск и идентификацию характерных неоднородностей, обусловленных сигналами искомых ИРИ, затем сопоставляют найденные на данном РЛИ характерные неоднородности с найденными на других РЛИ, на основании совпадения точек неоднородности, полученных в различных частотных диапазонах и с разных приемных позиций, формируют комплексное РЛИ, представляющее из себя четырехмерную матрицу в пространстве "номер отсчета - номер принятого сигнала - частотный диапазон - номер сектора"; на полученном комплексном РЛИ производят вычисление координат характерных неоднородностей, соответствующих ИРИ, и производят идентификацию ИРИ, обусловившего появление найденной характерной неоднородности.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поиск характерных неоднородностей на радиолокационном изображении производят выделением элементов четырехмерной матрицы, содержащих, кроме аддитивных шумов, также и негауссовые сигналы, заключающимся в прямом быстром преобразовании Фурье m-го принятого сигнала, формировании m-й выборочной оценки полиспектра с помощью произведения полученных результатов преобразования Фурье на различных частотах и расчета усредненной оценки полиспектра с усреднением по всем рассматриваемым принятым сигналам, дальнейшим сравнением выделенных элементов с соседними элементами матрицы, характеризуемыми тем же дискретным значением времени, но другим значением номера входного сигнала, другим значением частотного диапазона и номера сектора, а также поиском подобных элементов на РЛИ, сформированных на других приемных точках.
