RU2319976C1 - Method for search of composite signal transmitters - Google Patents
Method for search of composite signal transmitters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319976C1 RU2319976C1 RU2006123268/09A RU2006123268A RU2319976C1 RU 2319976 C1 RU2319976 C1 RU 2319976C1 RU 2006123268/09 A RU2006123268/09 A RU 2006123268/09A RU 2006123268 A RU2006123268 A RU 2006123268A RU 2319976 C1 RU2319976 C1 RU 2319976C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- complex
- frequency
- time
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля с многоэлементными антенными решетками для поиска передатчиков, использующих сигналы с большой базой.The invention relates to radio engineering and can be used in radio monitoring systems with multi-element antenna arrays to search for transmitters using signals with a large base.
Решение задачи поиска непрерывно возрастающего количества и видов сложных сигналов (многочастотные сигналы со скачкообразным изменением частоты (СИЧ), одночастотные шумоподобные сигналы (ШПС), сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и их комбинации), обладающих низкой спектральной плотностью мощности и предназначенных для обеспечения работы нескольких передатчиков в одной полосе частот, является важнейшим условием обеспечения эффективности широкого парка существующих и перспективных радиосистем.The solution to the problem of continuously increasing the number and types of complex signals (multifrequency signals with frequency hopping (WMS), single-frequency noise-like signals (SHPS), signals with linear frequency modulation (LFM) and their combinations), which have a low power spectral density and are designed to provide the operation of several transmitters in the same frequency band is an essential condition for ensuring the effectiveness of a wide fleet of existing and promising radio systems.
Известен способ поиска передатчиков сложных сигналов [1], включающий:A known method of searching for transmitters of complex signals [1], including:
1) когерентный прием радиосигнала двумя пространственно разнесенными приемными каналами;1) coherent radio signal reception by two spatially separated receiving channels;
2) формирование сигнала, описывающего взаимную корреляционную функцию, зависящую от временного сдвига сигналов, принятых парой приемных каналов;2) the formation of a signal that describes the mutual correlation function, depending on the time shift of the signals received by a pair of receiving channels;
3) выделение центральной части взаимной корреляционной функции, зависящей от временного сдвига принятых радиосигналов;3) the allocation of the Central part of the mutual correlation function, depending on the time shift of the received radio signals;
4) преобразование выделенной центральной части взаимной корреляционной функции в комплексную функцию взаимной спектральной плотности принятого радиосигнала;4) the conversion of the selected central part of the mutual correlation function into a complex function of the mutual spectral density of the received radio signal;
5) сравнение модуля комплексной функции взаимной спектральной плотности с порогом для обнаружения радиосигнала и локализации области частот, занимаемой его спектром мощности (определения ширины спектра и его положения на частотной оси);5) comparing the module of the complex function of the mutual spectral density with a threshold for detecting a radio signal and localizing the frequency region occupied by its power spectrum (determining the width of the spectrum and its position on the frequency axis);
6) измерение угла линии фазового наклона взаимной комплексной спектральной плотности в локализованной области частот для определения направления прихода принятого радиосигнала;6) measuring the angle of the phase slope of the mutual complex spectral density in the localized frequency region to determine the direction of arrival of the received radio signal;
7) индикацию результатов обнаружения и пеленгования радиосигнала. Данный способ основан на формировании одномерной функции взаимной корреляции, зависящей от временного сдвига сигналов, когерентно принимаемых двумя пространственно разнесенными каналами, и при поиске сложных сигналов обладает следующими недостатками:7) an indication of the results of detection and direction finding of the radio signal. This method is based on the formation of a one-dimensional cross-correlation function, which depends on the time shift of signals coherently received by two spatially separated channels, and when searching for complex signals has the following disadvantages:
- узким рабочим сектором углов поиска сигналов, ограниченным углами вблизи нормали к линии положения антенн приемных каналов;- a narrow working sector of signal search angles limited by angles near the normal to the position line of the receiving channel antennas;
- ограниченной чувствительностью поиска в силу невозможности разделения одновременно действующих сигналов с перекрывающимися спектрами и наличия только двух когерентных каналов приема.- limited search sensitivity due to the impossibility of separating simultaneously acting signals with overlapping spectra and the presence of only two coherent reception channels.
Известен более совершенный способ поиска передатчиков сложных сигналов [2], принятый за прототип. Способ включает:There is a better way to search for transmitters of complex signals [2], adopted as a prototype. The method includes:
1) когерентный прием сигналов пространственно разнесенными приемными каналами. В результате формируется ансамбль сигналов xn(t), зависящих от времени z и от номера антенны n=0, ..., N-1;1) coherent reception of signals by spatially separated receiving channels. As a result, an ensemble of signals x n (t) is formed, depending on time z and on the antenna number n = 0, ..., N-1;
2) синхронное преобразование принятых сигналов xn(t) в комплексные цифровые сигналы где z - номер временного отсчета сигнала;2) synchronous conversion of received signals x n (t) into complex digital signals where z is the number of time reference signal;
3) синхронную регистрацию цифровых сигналов 3) synchronous registration of digital signals
4) преобразование цифровых сигналов в комплексные временные спектры сигнала каждой антенны, например, дискретным преобразованием Фурье (ДПФ) по времени где Fz{...} - оператор ДПФ по времени, a k=0, ..., K-1 - номер частотного отсчета;4) digital signal conversion into complex time spectra of the signal of each antenna, for example, discrete Fourier transform (DFT) in time where F z {...} - the operator of the DFT time, ak = 0, ..., K-1 - the number of frequency reference;
В результате данной операции формируется матрица временных спектров принятого сигнала размером N×K с элементами As a result of this operation, a matrix of time spectra of the received signal is formed size N × K with elements
5) запоминание матрицы спектров принятого сигнала 5) storing the matrix of spectra of the received signal
6) вычисление спектра мощности сигнала каждой антенны 6) calculation of the signal power spectrum of each antenna
7) суммирование спектров мощности антенн 7) summation of power spectra of antennas
8) сравнение суммарного спектра мощности с порогом и выбор частот, на которых обнаружен сигнал передатчика;8) comparison of the total power spectrum with a threshold and the choice of frequencies at which a transmitter signal is detected;
9) получение амплитудно-фазового распределения (АФР) сигнала, принятого антеннами решетки, путем вычисления нулевой составляющей свертки комплексно-сопряженного спектра опорной и спектров остальных антенн на выбранных частотах, где - вектор-столбец с элементами 9) obtaining the amplitude-phase distribution (AFR) the signal received by the array antennas by calculating the zero convolution component of the complex conjugate reference spectrum and the spectra of the rest antennas at selected frequencies, where - column vector with elements
10) вычисление углового спектра умножением полученного АФР на комплексную фазирующую функцию, зависящую от конфигурации антенной решетки, и суммирование полученных произведений;10) calculation of the angular spectrum by multiplying the obtained AFR on the complex phasing function, depending on the configuration of the antenna array, and the summation of the obtained products;
11) определение пеленга передатчика по максимуму квадрата модуля комплексного углового спектра.11) determination of the bearing of the transmitter by the maximum square of the module of the complex angular spectrum.
Способ-прототип использует множество пространственно разнесенных каналов когерентного приема и обеспечивает поиск в широком рабочем секторе углов. В то же время прототип основан на формировании только нулевой составляющей свертки спектров сигналов, принимаемых каждой парой пространственно разнесенных каналов. Нулевая составляющая свертки спектров сигналов, как известно, является эквивалентом, получаемым в частотной области, нулевой составляющей одномерной временной функции взаимной корреляции принимаемых сигналов, содержащей только часть полезной энергии коррелируемых сигналов. В связи с этим данный способ эффективно решает задачу обнаружения-пеленгования сложных сигналов одиночных передатчиков при достаточно высоких входных отношениях сигнал/шум-помеха. Однако при обнаружении и пеленговании множества одновременно действующих сложных сигналов с различной частотно-временной структурой (сигналы СИЧ, ШПС, ЛЧМ и их комбинации) в реальной помеховой обстановке данный способ теряет свою эффективность. Это обусловлено тем, что в условиях априорной неопределенности относительно формы и параметров сигналов с низкой спектральной плотностью мощности способ-прототип обладает следующими основными недостатками:The prototype method uses many spatially separated channels of coherent reception and provides a search in a wide working sector of angles. At the same time, the prototype is based on the formation of only the zero component of the convolution of the spectra signals received by each pair of spatially separated channels. The zero component of the convolution of the signal spectra, as is known, is the equivalent obtained in the frequency domain, the zero component of the one-dimensional time function of the mutual correlation of the received signals, containing only part of the useful energy of the correlated signals. In this regard, this method effectively solves the problem of detection-direction finding of complex signals of single transmitters with a sufficiently high input signal-to-noise-noise ratio. However, when detecting and direction finding a multitude of simultaneously acting complex signals with different time-frequency structure (signals WMS, ShPS, LFM and their combinations) in a real interference environment, this method loses its effectiveness. This is due to the fact that under conditions of a priori uncertainty regarding the shape and parameters of signals with a low spectral power density, the prototype method has the following main disadvantages:
- низкой помехозащищенностью при обнаружении, обусловленной отсутствием операций пространственной фильтрации сигналов на этапе обнаружения, обеспечивающих их разделение по направлению прихода;- low noise immunity during detection, due to the absence of spatial filtering operations of the signals at the detection stage, ensuring their separation in the direction of arrival;
- низкой помехозащищенностью при пеленговании, обусловленной взаимными помехами перекрывающихся по частоте сигналов из-за отсутствия операций их локализации по времени (разделения одновременно действующих сигналов с перекрывающимися спектрами);- low noise immunity during direction finding, due to mutual interference of signals overlapping in frequency due to the lack of time localization operations (separation of simultaneously acting signals with overlapping spectra);
- низкой чувствительностью при пеленговании, обусловленной потерей энергии при формировании комплексных огибающих сигналов в силу вычисления только одной составляющей свертки их спектров.- low sensitivity during direction-finding, due to energy loss during the formation of complex envelopes of signals due to the calculation of only one component of the convolution of their spectra.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности поиска сложных сигналов с априорно неизвестной формой и частотно-временной структурой, одновременно излучаемых в анализируемой пространственно-частотно-временной области приема множеством передатчиков.The technical result of the invention is to increase the efficiency of searching for complex signals with an a priori unknown shape and time-frequency structure, simultaneously emitted in the analyzed spatial-frequency-temporal region of the reception of multiple transmitters.
Повышение эффективности поиска достигнуто на основе дополнительной информации, извлекаемой благодаря переходу от двухмерной обработки сигналов к более информативной трехмерной обработке, основанной на формировании комплексных обобщенных взаимных корреляционных функций, зависящих от временного и частотного сдвигов сигналов, когерентно принимаемых всеми возможными парами пространственно разнесенных каналов, и ее преобразованию в комплексные функции взаимной спектральной плотности для каждого ожидаемого направления прихода сигналов. Это открыло возможность осуществления:Improving the search efficiency was achieved on the basis of additional information extracted due to the transition from two-dimensional signal processing to more informative three-dimensional processing based on the formation of complex generalized mutual correlation functions depending on the time and frequency shifts of signals coherently received by all possible pairs of spatially separated channels, and its conversion into complex functions of the mutual spectral density for each expected direction of arrival of the signal fishing This opened up the possibility of:
- более информативного трехмерного пространственно-частотно-временного поиска сигналов вместо двухмерного пространственно-частотного поиска;- a more informative three-dimensional spatial-frequency-time search of signals instead of a two-dimensional spatial-frequency search;
- дополнительно повышающей информативность поиска идентификации трех основных классов (СИЧ, ШПС, ЛЧМ) сложных сигналов.- additionally increasing the information content of the identification identification of the three main classes (WMS, ShPS, LFM) of complex signals.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ поиска передатчиков сложных сигналов, включающий когерентный прием сигналов пространственно разнесенными приемными каналами, синхронное преобразование принятых сигналов в комплексные цифровые сигналы, запоминание цифровых сигналов, согласно изобретениюTo achieve the technical result, a method is proposed for searching for transmitters of complex signals, including coherent reception of signals by spatially separated receiving channels, synchronous conversion of received signals into complex digital signals, storing digital signals, according to the invention
из цифровых сигналов пар каналов формируют комплексные двухмерные взаимные корреляционные функции (ДВКФ), зависящие от временного и от частотного сдвигов принимаемых сигналов,from digital signals of pairs of channels form complex two-dimensional mutual correlation functions (DCF), depending on the time and frequency shifts of the received signals,
сдвигают по времени комплексную ДВКФ каждой пары на соответствующую каждому ожидаемому направлению прихода принимаемых сигналов величину,shift in time the complex DCF of each pair by a value corresponding to each expected direction of arrival of the received signals,
для каждого ожидаемого направления прихода выделяют центральные двухмерные части соответственно сдвинутых ДВКФ, которые усредняют и преобразуют в комплексную функцию взаимной спектральной плотности (ФВСП),for each expected direction of arrival, the central two-dimensional parts of the correspondingly shifted TWF are distinguished, which are averaged and converted into a complex function of mutual spectral density (FSPP),
используют полученные комплексные ФВСП для частотно-временной локализации и идентификации множества сложных сигналов, одновременно попадающих в частотно-временную область приема, и определения пеленгов их передатчиков,use the obtained complex FVSP for frequency-time localization and identification of many complex signals simultaneously falling into the time-frequency domain of reception, and determine bearings of their transmitters,
индицируют результаты поиска.indicate search results.
Возможны частные случаи осуществления способа:Particular cases of the method are possible:
1. Частотно-временную локализацию и идентификацию множества сложных сигналов и определение пеленгов их передатчиков осуществляют путем сравнения модуля каждой комплексной ФВСП с порогом, идентификации замкнутых частотно-временных областей каждой ФВСП, в которых превышен порог, в качестве частотно-временных областей локализации обнаруженных излучений, сопоставления перекрывающихся в частотно-временной области излучений разных ФВСП и идентификации излучений с максимальной взаимной энергией в качестве одноэлементных сигналов передатчиков с пеленгами, определяемыми угловым направлением формирования соответствующей ФВСП, объединения одноэлементных сигналов с совпадающими пеленгами в многоэлементный сигнал отдельного передатчика, преобразования комплексной ФВСП каждого локализованного сигнала в комплексную двухмерную автокорреляционную функцию (ДАКФ) и использования модулей комплексных ФВСП и ДАКФ для принятия решения о принадлежности сигнала к одному из классов: многочастотные сигналы со скачкообразным изменением частоты (СИЧ), одночастотные шумоподобные сигналы (ШПС), сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).1. The time-frequency localization and identification of many complex signals and the determination of the bearings of their transmitters is carried out by comparing the module of each complex high-pass filter with a threshold, identifying the closed time-frequency regions of each high-frequency filter, in which the threshold is exceeded, as the time-frequency localization regions of the detected radiation, comparing the overlapping in the time-frequency domain radiation of different FSPPs and the identification of radiation with maximum mutual energy as single-element transmission signals sensors with bearings determined by the angular direction of formation of the corresponding EHF, combining single-element signals with matching bearings into a multi-element signal of a separate transmitter, converting the integrated EHF of each localized signal into a complex two-dimensional autocorrelation function (DACF) and using the modules of the integrated EHF and DACF to decide on the signal to one of the classes: multi-frequency signals with frequency hopping (SICH), single-frequency noise-like with chasing (PNS) signal with linear frequency modulation (LFM).
Это повышает эффективность обнаружения и локализации по частоте, времени и направлению прихода множества одновременно действующих сложных сигналов с различной частотно-временной структурой в условиях априорной неопределенности относительно формы и пространственно-частотно-временных параметров сигналов. Кроме того, это обеспечивает идентификацию локализованных сигналов с целью их разделения на две группы (одноэлементные и многоэлементные сигналы) и на три основных класса (сигналы СИЧ, ШПС, ЛЧМ).This increases the efficiency of detection and localization in frequency, time and direction of arrival of many simultaneously operating complex signals with different time-frequency structure under conditions of a priori uncertainty regarding the shape and spatial-frequency-time parameters of the signals. In addition, this provides the identification of localized signals with the aim of dividing them into two groups (single-element and multi-element signals) and into three main classes (signals WMS, SHPS, chirp).
2. Определение пеленгов множества передатчиков также осуществляют путем весового усреднения пеленгов одноэлементных сигналов, объединенных в многоэлементный сигнал отдельного передатчика.2. The determination of bearings of multiple transmitters is also carried out by weighting averaging bearings of single-element signals combined into a multi-element signal of a single transmitter.
Это повышает точность пеленгования передатчиков при низких отношениях сигнал/шум.This improves the direction finding accuracy of transmitters at low signal-to-noise ratios.
Операции способа поясняются чертежами:The operation of the method is illustrated by drawings:
Фиг.1. Структурная схема устройства поиска сложных сигналов.Figure 1. Block diagram of a complex signal search device.
Фиг.2. Особенности функции взаимной спектральной плотности при локализации двух сложных сигналов (ЛЧМ и СИЧ) с совпадающими углами прихода.Figure 2. Features of the mutual spectral density function in the localization of two complex signals (LFM and WMS) with matching angles of arrival.
Фиг.3, 4. Особенности локализации и идентификации ЛЧМ сигнала.Figure 3, 4. Features of localization and identification of the chirp signal.
Фиг.5, 6. Особенности локализации и идентификации узкополосного сигнала.5, 6. Features of localization and identification of a narrowband signal.
Фиг.7, 8. Особенности локализации и идентификации сигнала с СИЧ.Fig.7, 8. Features of the localization and identification of the signal with WMS.
Фиг.9, 10. Особенности локализации и идентификации ШПС сигнала.Fig.9, 10. Features of the localization and identification of the SHPS signal.
Способ поиска передатчиков сложных сигналов осуществляется следующим образом.A method of searching for transmitters of complex signals is as follows.
1. Когерентно принимают пространственно разнесенными приемными каналами сигналы, излучаемые множеством передатчиков. В результате формируется ансамбль сигналов xn(t), зависящих от времени t, где n=1, ..., N - номер антенны приемного канала.1. Coherently receive spatially spaced receiving channels signals emitted by multiple transmitters. As a result, an ensemble of signals x n (t) is formed, depending on time t, where n = 1, ..., N is the number of the antenna of the receiving channel.
2. Синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов xn(t) в комплексные цифровые сигналы где z - номер временного отсчета сигнала.2. Synchronously transform the ensemble of received signals x n (t) into complex digital signals where z is the time reference number of the signal.
Преобразование принятых сигналов xn(t) в комплексные цифровые сигналы может быть выполнено различными способами, например аналогово-цифровым или полностью цифровым способами, основанными на преобразовании Гильберта [3, стр.65] или квадратурной дискретизации [3, стр.169]. Значение периода дискретизации Td должно быть много меньше минимального значения задержки между моментами прихода сигналов на две антенны, то есть где d - расстояние между антеннами, Δ - шаг по углу, с - скорость света. Так при d=1000 м и Δ=0,1 градуса получаем что соответствует частоте дискретизации 200 МГц. Отметим, что на современной элементной базе реализуемы частоты дискретизации, превышающие значение 1 ГГц;Converting received signals x n (t) to complex digital signals can be performed in various ways, for example, analog-digital or fully digital methods based on the Hilbert transform [3, p. 65] or quadrature sampling [3, p. 169]. The value of the sampling period T d should be much less than the minimum delay between the moments of arrival of the signals at two antennas, i.e. where d is the distance between the antennas, Δ is the step along the angle, and s is the speed of light. So at d = 1000 m and Δ = 0.1 degrees we get which corresponds to a sampling frequency of 200 MHz. Note that, on a modern elemental base, sampling frequencies exceeding 1 GHz are realized;
3. Синхронно регистрируют комплексные цифровые сигналы 3. Synchronously register complex digital signals
4. Из цифровых сигналов пар каналов формируют комплексные ДВКФ зависящие как от временного τ, так и от частотного F сдвигов принятых сигналов.4. Of the digital signals of the pairs of channels form a complex DCF depending both on the time τ and on the frequency F of the shifts of the received signals.
При этом в силу того, что, например, не несет дополнительной информации по сравнению с формирование выполняют только для пар каналов, номера которых удовлетворяют условию n<n', n=1,...,N, n'=1, ..., N. Так, если n=1, то n'=2,3,..., а если n=2, то n'=3,4,... и т.д.Moreover, due to the fact that, for example, does not carry additional information compared to The formation is performed only for pairs of channels whose numbers satisfy the condition n <n ', n = 1, ..., N, n' = 1, ..., N. So, if n = 1, then n '= 2, 3, ..., and if n = 2, then n '= 3,4, ... etc.
Формирование комплексных ДВКФ выполняют во временной или в частотной областях известными способами [4, стр.95].The formation of complex DCF is performed in the time or in the frequency domain by known methods [4, p. 95].
В первом случае формирование комплексных ДВКФ выполняют по следующей формуле:In the first case, the formation of complex DCF is performed according to the following formula:
где ()* означает комплексное сопряжение.where () * denotes complex conjugation.
Во втором случае из сигналов получают комплексные временные спектры где Fz{...} - оператор дискретного преобразования Фурье (ДПФ) по времени, как известно, эффективно вычисляемого на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье, k=0,...,K-1 - номер частотного отсчета, а формирование комплексных ДВКФ выполняют по следующей формуле:In the second case, from the signals receive complex time spectra where F z {...} is the discrete Fourier transform (DFT) operator in time, as you know, effectively calculated on the basis of the fast Fourier transform algorithm, k = 0, ..., K-1 is the frequency reference number, and the formation of complex DVKF perform the following formula:
где ωk - частота, соответствующая k-му частотному отсчету.where ω k is the frequency corresponding to the k-th frequency sample.
В результате выполнения данной операции получают N(N-1)/2 комплексных ДВКФ.As a result of this operation, N (N-1) / 2 complex DVKF are obtained.
5. Сдвигают по времени комплексную ДВКФ каждой пары каналов на величину соответствующую каждому ожидаемому направлению m=1,...,М прихода принимаемых сигналов.5. The time-shifted complex DCF of each channel pair is shifted by the amount corresponding to each expected direction m = 1, ..., M of the arrival of the received signals.
Сдвиг выполняют по следующим формулам:The shift is performed according to the following formulas:
Значения временных сдвигов, соответствующие каждому ожидаемому направлению прихода сигналов, например, для кольцевой антенной решетки вычисляют по следующей формуле:The values of time shifts corresponding to each expected direction of arrival of signals, for example, for an annular antenna array, are calculated by the following formula:
где R - радиус решетки, с - скорость света, h=0...H-1 - текущий номер узла сетки наведения решетки по углу места.where R is the radius of the lattice, c is the speed of light, h = 0 ... H-1 is the current number of the grid node of the guidance of the lattice in elevation.
В результате выполнения описанных операций получают MN(N-1)/2 сдвинутых комплексных ДВКФ As a result of the performance of the described operations, MN (N-1) / 2 shifted complex DVKFs are obtained
6. Для каждого ожидаемого направления прихода m=1,...,М выполняют следующие действия:6. For each expected direction of arrival m = 1, ..., M perform the following actions:
- выделяют центральные двухмерные части сдвинутых ДВКФ- highlight the central two-dimensional parts shifted DCF
Параметры Δ и Θ выбирают исходя из необходимости подавления шумов и определяющих уровень взаимных помех побочных пиков ДВКФ, а также исходя из допустимого уровня искажения фронтов импульсов полезного сигнала.The parameters Δ and Θ are selected based on the need to suppress noise and determining the level of mutual interference side peaks of the DCF, as well as on the basis of the permissible level of distortion of the fronts of the pulses of the useful signal.
Данную операцию можно рассматривать как операцию применения двухмерного окна, имеющего квадратную или прямоугольную опорную область, к комплексной ДВКФ Применение двухмерного окна к комплексной ДВКФ эквивалентно двухмерной фильтрации комплексной функции взаимной спектральной плотности, формируемой на последующем этапе. Эту фильтрацию можно также рассматривать как двухмерную фильтрацию комплексной функции взаимной спектральной плотности в корреляционной области;This operation can be considered as the operation of applying a two-dimensional window having a square or rectangular support region to a complex DCF Application of a two-dimensional window to a complex DCF equivalent to two-dimensional filtration of the complex function of the mutual spectral density formed in the next step. This filtration can also be considered as two-dimensional filtration of the complex function of the mutual spectral density in the correlation region;
- усредняют выделенные для m-го направления прихода центральные двухмерные части сдвинутых комплексных ДВКФ- average the central two-dimensional parts of the shifted complex DCFFs allocated for the mth direction of arrival
- преобразуют усредненную ДВКФ в комплексную ФВСП для m-го направления прихода сигналов- convert the average DCF into the integrated high-pass filter for the mth direction of signal arrival
В результате выполнения описанных операций получают М комплексных ФВСП As a result of the performance of the described operations get M complex FVSP
Модуль комплексной ФВСП представляет собой спектрограмму, то есть зависимость мгновенного амплитудного спектра принятого суммарного сигнала от времени или, другими словами, "изображение" частотно-временного распределения энергии излучений в анализируемой частотно-временной области приема, полученное для m-го направления прихода сигналов. Понятно, что информации, содержащейся в одном таком "изображении", недостаточно для идентификации принадлежности этих излучений к одному из сложных сигналов и нахождения их пеленга. Недостающая информация извлекается на последующих этапах совместной обработкой совокупности М полученных комплексных ФВСП с целью поиска трехмерных (пространственно-частотно-временных) областей, содержащих максимальную энергию принятых сигналов.Module integrated FSPP represents a spectrogram, that is, the dependence of the instantaneous amplitude spectrum of the received total signal on time or, in other words, an “image” of the time-frequency distribution of the radiation energy in the analyzed time-frequency reception region obtained for the m-th direction of arrival of the signals. It is clear that the information contained in one such "image" is not enough to identify whether these emissions belong to one of the complex signals and to find their bearing. The missing information is extracted at subsequent stages by joint processing of the set M of the obtained complex FVSP in order to search for three-dimensional (space-frequency-time) regions containing the maximum energy of the received signals.
7. Используют полученные для всех ожидаемых направлений m=1,...,М прихода принятых сигналов комплексные ФВСП для частотно-временной локализации и идентификации множества сложных сигналов, одновременно попадающих в частотно-временную область приема, и определения пеленгов их передатчиков.7. Use obtained for all expected directions m = 1, ..., M of the arrival of the received signals complex FVSP for the time-frequency localization and identification of many complex signals simultaneously falling into the time-frequency domain of reception, and the determination of bearings of their transmitters.
Для этого выполняют следующие действия:To do this, perform the following steps:
- сравнивают модуль каждой m-й комплексной ФВСП с порогом С0;- compare the module every mth complex with a threshold of C 0 ;
- идентифицируют замкнутые частотно-временные области каждой комплексной ФВСП в которых превышен порог С0, в качестве частотно-временных областей локализации обнаруженных излучений.- identify closed time-frequency areas of each complex FVSP in which the threshold C 0 is exceeded, as the time-frequency regions of localization of the detected radiation.
На данном этапе будут обнаружены и локализованы по частоте и времени излучения, попадающие в частотно-временную область приема. Обнаруженные и локализованные излучения могут представлять собой сигналы разных передатчиков или являться элементами сложного сигнала одного из передатчиков, например передатчика сигнала с СИЧ;At this stage, radiation will be detected and localized by the frequency and time of radiation that fall into the time-frequency domain of reception. Detected and localized radiation can be signals from different transmitters or can be elements of a complex signal of one of the transmitters, for example, a transmitter of a signal from WMS;
- сопоставляют перекрывающиеся в частотно-временной области излучения разных комплексных ФВСП.- compare the overlapping in the time-frequency region of the radiation of different complex high-pass spectroscopy.
Эту операцию можно рассматривать как обобщение традиционно применяемой в одномерном случае операции поиска направления прихода сигнала по максимуму диаграммы направленности антенной решетки;This operation can be considered as a generalization of the operation traditionally used in the one-dimensional case to search for the direction of arrival of the signal from the maximum radiation pattern of the antenna array;
- идентифицируют излучения с максимальной взаимной энергией в качестве одноэлементных сигналов передатчиков с пеленгами, определяемыми угловым направлением формирования соответствующей ФВСП, то есть ФВСП, которая содержит выбранное излучение с максимальной взаимной энергией.- identify radiation with a maximum mutual energy as single-element signals of transmitters with bearings, determined by the angular direction of formation of the corresponding FVSP, that is, FVSP, which contains the selected radiation with maximum mutual energy.
При этом используется однозначная связь номера m комплексной ФВСП с ожидаемыми угловыми направлениями прихода m=1,...,М принятых сигналов, которые, в свою очередь, как отмечалось ранее, являются направлениями наведения антенной решетки;In this case, an unambiguous connection of the number m of the complex FSPP with the expected angular directions of arrival m = 1, ..., M of the received signals, which, in turn, as noted earlier, are the directions of pointing the antenna array;
- объединяют одноэлементные сигналы с совпадающими пеленгами в многоэлементный сигнал отдельного передатчика.- combine single-element signals with matching bearings in a multi-element signal of a separate transmitter.
Совпадение пеленгов одноэлементных сигналов фиксируется, например, в результате их попадания в доверительный угловой интервал, величина которого выбирается исходя из требуемой вероятности правильной идентификации.The coincidence of bearings of single-element signals is fixed, for example, as a result of their falling into the confidence angular interval, the value of which is selected based on the required probability of correct identification.
Как следует из описанных операций, на данном этапе одновременно определяется направление прихода и частотно-временная область каждого принятого сигнала. Другими словами на данном этапе реализуется пространственно-частотно-временная локализация всех сигналов передатчиков, одновременно попадающих в частотно-временную область приема. В результате пространственно-частотно-временной локализации автоматически обеспечивается разделение сигналов и максимизируется отношение сигнал/шум-помеха по каждому сигналу;As follows from the described operations, at this stage, the direction of arrival and the time-frequency region of each received signal are simultaneously determined. In other words, at this stage, the spatial-frequency-time localization of all transmitter signals that simultaneously fall into the time-frequency receiving region is realized. As a result of spatial-frequency-time localization, signal separation is automatically ensured and the signal-to-noise-noise ratio is maximized for each signal;
Эффективность описанных операций, а также обоснование и выбор признаков последующей идентификации трех основных классов сложных сигналов (ЛЧМ, СИЧ, ШПС [5, стр.10]) на фоне шумов и помех (в частности, узкополосных сигналов) подтверждены моделированием с применением математического пакета MathCAD 2001 Professional.The effectiveness of the described operations, as well as the justification and selection of signs for the subsequent identification of the three main classes of complex signals (LFM, WAV, SHPS [5, p. 10]) against the background of noise and interference (in particular, narrow-band signals) are confirmed by simulation using the mathematical package MathCAD 2001 Professional.
В качестве примера на фиг.2 представлены проекции спектрограммы на временную (фиг.2а) и частотную (фиг.2б) оси, на частотно-временную координатную плоскость (фиг.2в) и собственно спектрограмма (фиг.2г), то есть модуль комплексной ФВСП, сформированной для углового направления, совпадающего с направлением прихода двух сигналов: сигнала с СИЧ и сигнала с ЛЧМ. Из фиг.2а и фиг.2б видно, что в случае одномерной обработки, характерной для прототипа, сигналы не разделяются, так как ЛЧМ сигнал перекрывается по времени со всеми четырьмя импульсами, а по частоте с двумя импульсами сигнала СИЧ. В то же время, как следует из фиг.2в и фиг.2г, предложенный способ обеспечивает полное разделение по частоте и времени СИЧ и ЛЧМ сигналов с совпадающими углами прихода.As an example, Fig. 2 shows the projection of the spectrogram onto the time (Fig. 2a) and frequency (Fig. 2b) axes, on the time-frequency coordinate plane (Fig. 2c) and the spectrogram itself (Fig. 2d), that is, the module integrated high-pass filter, formed for the angular direction that coincides with the direction of arrival of two signals: the signal with WMS and the signal with chirp. From figa and fig.2b it is seen that in the case of one-dimensional processing, characteristic of the prototype, the signals are not separated, since the LFM signal overlaps in time with all four pulses, and in frequency with two pulses of the WMS signal. At the same time, as follows from figv and fig.2d, the proposed method provides a complete separation of the frequency and time of the MF and LFM signals with matching angles of arrival.
На фиг.3а - фиг.3г представлены проекции спектрограммы на временную (фиг.3а) и частотную (фиг.3б) оси, на частотно-временную координатную плоскость (фиг.3в) и собственно спектрограмма (фиг.3г) локализованного ЛЧМ сигнала, а на фиг.4а - фиг.4г - проекции на временную (фиг.4а) и частотную (фиг.4б) оси, на частотно-временную координатную плоскость (фиг.4в) и собственно модуль комплексной ДАКФ (фиг.4г) этого сигнала.On figa - fig.3g presents the projection of the spectrogram on the time (figa) and frequency (fig.3b) axis, the time-frequency coordinate plane (figv) and the spectrogram (fig.3d) of the localized chirp signal and in Fig. 4a - Fig. 4g - projections onto the time (Fig. 4a) and frequency (Fig. 4b) axes, on the time-frequency coordinate plane (Fig. 4c) and the actual module of the complex DACF (Fig. 4d) of this signal .
Для сравнения на фиг.5а - фиг.5г представлены проекции спектрограммы на временную (фиг.5а) и частотную (фиг.5б) оси, на частотно-временную координатную плоскость (фиг.5в) и собственно спектрограмма (фиг.5г), а на фиг.6а - фиг.6г соответственно проекции на временную (фиг.6а) и частотную (фиг.6б) оси, на частотно-временную координатную плоскость (фиг.6в) и собственно модуль комплексной ДАКФ (фиг.6г) узкополосного сигнала, при идентификации класса сложного сигнала, являющегося помехой.For comparison, figa - fig.5g presents the projection of the spectrogram on the temporal (figa) and frequency (fig.5b) axis, on the time-frequency coordinate plane (fig.5c) and the spectrogram itself (fig.5g), and on figa - fig.6g, respectively, the projection on the time (fig.6a) and frequency (fig.6b) axis, on the time-frequency coordinate plane (fig.6c) and actually the complex module DAKF (fig.6d) narrowband signal, when identifying the class of a complex signal that is a nuisance.
Аналогичные изображения для локализованного сигнала с СИЧ представлены на фиг.7 и фиг.8, а для локализованного ШПС сигнала (при моделировании применялся псевдослучайный сигнал с четырехпозиционной фазовой манипуляцией) - на фиг.9 и фиг.10.Similar images for a localized signal with WMS are presented in Fig. 7 and Fig. 8, and for a localized SHPS signal (a pseudo-random signal with four-position phase shift keying was used in the simulation) - in Fig. 9 and Fig. 10.
Из фиг.3, 5, 7, 9 следует, что предложенный способ обеспечивает разделение по углу прихода нескольких простых и сложных сигналов, одновременно попадающих в частотно-временную область приема.From figure 3, 5, 7, 9 it follows that the proposed method provides a separation by the angle of arrival of several simple and complex signals that simultaneously fall in the time-frequency domain of reception.
Из фиг.4, 6, 8, 10 следует, что модуль комплексной ДАКФ может использоваться в качестве признака идентификации простых (узкополосных) сигналов, в данном случае являющихся помехой, и трех основных классов (ЛЧМ, СИЧ, ШПС) сложных сигналов. При этом форма модуля ДАКФ узкополосного сигнала (фиг.6) радикально отличается от формы модулей ДАКФ сигналов ЛЧМ (фиг.4), СИЧ (фиг.8) и ШПС (фиг.10). В свою очередь, форма модуля ДАКФ ЛЧМ сигнала (фиг.4) также радикально отличается от формы модулей сигналов СИЧ (фиг.8) и ШПС (фиг.10). В то же время, как следует из фиг.8 и фиг.10, модули ДАКФ сигналов СИЧ и ШПС близки по форме и имеют вид двумерных δ- функций с отличающимися пьедесталами. Однако форма пьедестала модулей ДАКФ сигналов СИЧ и ШПС наиболее подвержена влиянию шумов, и, как следствие, данный признак не обеспечивает эффективного разделения сигналов СИЧ и ШПС в широком диапазоне входных отношений сигнал/шум. В связи с этим возникает необходимость привлечения дополнительного признака идентификации.From Figs. 4, 6, 8, 10 it follows that the complex DACF module can be used as a sign of identification of simple (narrow-band) signals, in this case being an obstacle, and the three main classes (LFM, SICH, ShPS) of complex signals. In this case, the shape of the DACF module of the narrowband signal (Fig. 6) is radically different from the form of the DACF modules of the LFM signals (Fig. 4), WMS (Fig. 8) and SHPS (Fig. 10). In turn, the shape of the module DACF chirp signal (figure 4) is also radically different from the shape of the signal modules WMS (Fig. 8) and BPS (Fig. 10). At the same time, as follows from Fig. 8 and Fig. 10, the DACF modules of the NICH and SHPS signals are close in shape and have the form of two-dimensional δ-functions with different pedestals. However, the shape of the pedestal of the DACF modules of the SICH and SHPS signals is most affected by noise, and, as a result, this feature does not provide an effective separation of the SICH and ShPS signals in a wide range of input signal-to-noise ratios. In this regard, there is a need to attract an additional sign of identification.
В качестве дополнительного признака идентификации класса сложных сигналов СИЧ и ШПС по результатам моделирования выбрана форма модуля комплексной ФВСП (см. фиг.7 и фиг.9). При этом использован тот факт, что в силу регулярности следования во времени импульсов сигнала СИЧ степень перекрытия во времени элементов модуля его комплексной ФВСП близка к нулю (см. фиг.7в). В противоположность этому степень перекрытия во времени элементов модуля комплексной ФВСП ШПС сигнала существенно отлична от нуля (см. фиг.9в).As an additional sign of identification of the class of complex signals of NICH and SHPS according to the simulation results, the shape of the module of the integrated FVSP is selected (see Fig. 7 and Fig. 9). At the same time, the fact was used that, due to the regularity of the pulse propagation of the WMS signal in time, the degree of overlap in time of the elements of the module of its integrated EHF is close to zero (see Fig. 7c). In contrast, the degree of overlapping in time of the elements of the module of the integrated FWSP SHPS signal is significantly different from zero (see Fig. 9c).
В связи с этим для идентификации класса (СИЧ, ШПС, ЛЧМ) обнаруженных и локализованных сигналов выполняют следующие операции:In this regard, to identify the class (WMS, NPS, LFM) of detected and localized signals, the following operations are performed:
- преобразуют комплексную ФВСП каждого локализованного сигнала в комплексную ДАКФ;- convert the integrated EHF of each localized signal into a complex DACF;
- используют модули комплексных ФВСП и ДАКФ для принятия решения о принадлежности сигнала к одному из классов: многочастотные сигналы с СИЧ, одночастотные ШПС сигналы, сигналы с ЛЧМ.- they use modules of integrated FVSP and DAKF to decide on whether the signal belongs to one of the classes: multi-frequency signals with WMS, single-frequency BSS signals, signals with chirp.
Использование модулей комплексных ФВСП и ДАКФ для принятия решения о принадлежности сигнала к одному из классов возможно различными способами. Например, принимают решение о том, что сигнал относится к классу:The use of modules of complex FVSP and DAKF to decide on whether a signal belongs to one of the classes is possible in various ways. For example, they decide that the signal belongs to the class:
- сигналов СИЧ, если модуль ДАКФ сконцентрирован вблизи ее максимального значения, а степень перекрытия элементов модуля комплексной ФВСП во времени близка к нулю;- WMS signals, if the DACF module is concentrated near its maximum value, and the degree of overlap of the elements of the integrated EHF module in time is close to zero;
- сигналов ШПС, если модуль ДАКФ сконцентрирован вблизи ее максимального значения, а степень перекрытия элементов модуля комплексной ФВСП во времени отличается от нуля;- SHPS signals, if the DAKF module is concentrated near its maximum value, and the degree of overlap of the elements of the integrated EHF module in time differs from zero;
- сигналов ЛЧМ, если модуль ДАКФ сконцентрирован вблизи плоскости, проекция которой на частотно-временную плоскость линейно изменяется с частотой.- chirp signals if the DACF module is concentrated near a plane whose projection onto the time-frequency plane varies linearly with frequency.
При этом степень перекрытия элементов модуля комплексной ФВСП сигналов СИЧ и ШПС во времени также могут быть определены различными способами, основанными на особенностях частотно-временной структуры этих сигналов. Например, сравнением модуля ФВСП с порогом можно сформировать бинарную ФВСП, в которой двухмерные импульсы единичной амплитуды будут соответствовать наличию сигнала, а паузы между импульсами его отсутствию. После этого, проецированием бинарной ФВСП на временную ось можно сформировать поток совпадений импульсов. При этом для сигнала СИЧ степень перекрытия во времени импульсов бинарной ФВСП и, следовательно, интенсивность потока совпадений, как следует из фиг.7в, будут близки к нулю. В противоположность этому интенсивность потока совпадений при наличии ШПС сигнала (см. фиг.9в) будет существенно отличаться от нуля.At the same time, the degree of overlap of the elements of the module of the integrated EHFH signals of WMS and SHPS in time can also be determined in various ways based on the features of the time-frequency structure of these signals. For example, by comparing the EHF module with a threshold, it is possible to form a binary EHF, in which two-dimensional pulses of unit amplitude will correspond to the presence of a signal, and the pause between pulses to its absence. After that, by projecting the binary high-pass filter on the time axis, a pulse coincidence flow can be formed. In this case, for the WMS signal, the degree of overlap in time of the pulses of the binary high-pass filter and, consequently, the intensity of the coincidence stream, as follows from Fig. 7c, will be close to zero. In contrast, the intensity of the coincidence stream in the presence of a BSS signal (see Fig. 9c) will be significantly different from zero.
Как следует из описанных операций, в результате выполнения данного этапа обработки сигналов обеспечивается идентификация класса сложных сигналов, одновременно попадающих в частотно-временную область приема.As follows from the described operations, as a result of this stage of signal processing, identification of a class of complex signals that simultaneously fall in the time-frequency domain of reception is provided.
Отметим, что при низких входных отношениях сигнал/шум пеленги элементарных сигналов, идентифицированных в качестве составляющих сложного многоэлементного сигнала отдельного передатчика, могут иметь несколько отличающиеся значения. В связи с этим для получения единственного значения пеленга многоэлементного сигнала используется операция, согласно которой выполняют весовое усреднение пеленгов одноэлементных сигналов, объединенных в многоэлементный сигнал отдельного передатчика.Note that at low input signal-to-noise ratios, bearings of elementary signals identified as components of a complex multi-element signal of an individual transmitter may have slightly different values. In this regard, to obtain a single bearing value of a multi-element signal, an operation is used according to which weight averaging of bearings of single-element signals combined into a multi-element signal of a separate transmitter is performed.
Вес отдельного пеленга может определяться различными способами, например, может зависеть от отношения сигнал/шум, при котором он получен, или определяться степенью близости к остальным пеленгам.The weight of an individual bearing can be determined in various ways, for example, it can depend on the signal-to-noise ratio at which it is obtained, or determined by the degree of proximity to other bearings.
8. Отображают класс (СИЧ, или ШПС, или ЛЧМ) и частотно-временную область локализации каждого обнаруженного сигнала, а также пеленги их передатчиков. Для анализа общей загрузки анализируемой частотно-временной области приема может выводиться "изображение" частотно-временного распределения энергии всей совокупности обнаруженных сигналов. Кроме того, возможно отображение всей совокупности полученных пеленгов на картографическом фоне.8. Display the class (WMS, or SHPS, or LFM) and the time-frequency region of localization of each detected signal, as well as the bearings of their transmitters. To analyze the total load of the analyzed time-frequency receiving region, an “image” of the time-frequency energy distribution of the entire set of detected signals can be displayed. In addition, it is possible to display the entire set of bearings obtained on a cartographic background.
Из приведенного описания предложенного способа следует, что повышение эффективности поиска нескольких сложных сигналов с априорно неизвестной формой и частотно-временной структурой в широком секторе углов достигнуто благодаря введению следующих операций:From the above description of the proposed method, it follows that increasing the search efficiency of several complex signals with an a priori unknown shape and time-frequency structure in a wide sector of angles is achieved by introducing the following operations:
- формирования двухмерной ВКФ вместо одномерной ВКФ, что повышает информативность поиска;- the formation of two-dimensional VKF instead of one-dimensional VKF, which increases the information content of the search;
- сдвига двухмерной ВКФ по времени, что обеспечивает наведение антенной решетки в каждое из ожидаемых направлений прихода сигналов и, как следствие, повышает чувствительность и разрешающую способность поиска;- shift of two-dimensional VKF in time, which ensures the pointing of the antenna array in each of the expected directions of the arrival of signals and, as a result, increases the sensitivity and resolution of the search;
- двухмерной фильтрации в корреляционной области и формирования функции ВСП ("изображение" частотно-временного распределения энергии сигналов) вместо ВСП ("изображение" частотного распределения энергии сигналов), что также повышает информативность, чувствительность и разрешающую способность поиска;- two-dimensional filtering in the correlation region and the formation of the VSP function ("image" of the time-frequency distribution of signal energy) instead of VSP ("image" of the frequency distribution of signal energy), which also increases the information content, sensitivity and resolution of the search;
- идентификации частотно-временных областей локализации сложных сигналов вместо частотных областей, что также повышает информативность и качество поиска;- identification of time-frequency areas of localization of complex signals instead of frequency areas, which also increases the information content and quality of the search;
- идентификации одноэлементных и многоэлементных сигналов, а также трех основных классов (СИЧ, ШПС, ЛЧМ) сложных сигналов, что также повышает информативность поиска.- identification of single-element and multi-element signals, as well as the three main classes (WMS, ShPS, LFM) of complex signals, which also increases the information content of the search.
Кроме того, необходимо отметить, что предложенный способ обеспечивает повышение эффективности поиска при наличии только одной входной реализации полезного сигнала. Это представляет особую ценность при обнаружении-пеленговании коротких сигналов с расширенным спектром, то есть сигналов, обладающих как временной, так и энергетической скрытностью. Более того, предложенный способ в отличие от прототипа не имеет ограничений на волновое расстояние между элементами антенной решетки, что позволяет применять при фиксированном числе антенных элементов очень большие антенные базы, обеспечивая однозначные угловые измерения.In addition, it should be noted that the proposed method provides improved search efficiency in the presence of only one input implementation of the useful signal. This is of particular value in the detection-direction finding of short signals with an extended spectrum, that is, signals that have both temporary and energy secrecy. Moreover, the proposed method, unlike the prototype, has no restrictions on the wave distance between the elements of the antenna array, which makes it possible to use very large antenna bases with a fixed number of antenna elements, providing unambiguous angular measurements.
Устройство (фиг.1), в котором реализуется предложенный способ, включает последовательно соединенные антенную систему 1, N-канальный преобразователь частоты (ПРЧ) 2, N-канальное устройство квадратурной дискретизации 3, формирователь комплексных ДВКФ 4, устройство сдвига 5, формирователь ФВСП 6, устройство обнаружения 7, устройство идентификации 8 и устройство отображения 9. В свою очередь формирователь комплексных ДВКФ 4, устройство сдвига 5, формирователь ФВСП 6, устройство обнаружения 7, устройство идентификации 8 могут быть выполнены в одноканальном или многоканальном вариантах. Рассмотрим многоканальный вариант, обеспечивающий максимально возможное быстродействие поиска сложных сигналов.The device (figure 1), which implements the proposed method, includes a series-connected antenna system 1, an N-channel frequency converter (NRF) 2, an N-channel quadrature sampling device 3, a shaper of
Антенная система 1 содержит N антенн с номерами n=1...N, объединенных в решетку. Антенная решетка может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности конформной.Antenna system 1 contains N antennas with numbers n = 1 ... N, combined in an array. The antenna array can be of any spatial configuration: flat rectangular, flat annular or three-dimensional, in particular conformal.
Полоса пропускания каждого канала многоканального ПРЧ 2 обеспечивает одновременный прием множества сложных сигналов. Кроме того, многоканальные ПРЧ 2 и устройство 3 выполнены с общим гетеродином, который обеспечивает когерентный прием радиосигналов. Для периодической калибровки каналов по внешнему источнику сигнала с целью устранения их амплитудно-фазовой неидентичности ПРЧ 2 обеспечивает подключение одной из антенн, вместо всех антенн решетки. Возможна калибровка по внутреннему источнику сигнала. При этом может быть использован генератор шума, выход которого также может подключаться вместо всех антенн для периодической калибровки каналов. Если разрядность и быстродействие АЦП, входящих в состав устройства 3, достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, при построении изображения в KB диапазоне, то вместо ПРЧ 2 могут использоваться частотно избирательный полосовой фильтр и усилитель. Другими словами, аналоговая часть устройства, реализующего предлагаемый способ, может быть построена по принципу прямого усиления.The bandwidth of each channel of the multi-channel RFI 2 provides the simultaneous reception of many complex signals. In addition, multi-channel RFR 2 and device 3 are made with a common local oscillator, which provides coherent reception of radio signals. For periodic calibration of channels using an external signal source in order to eliminate their amplitude-phase non-identity, the RFI 2 provides the connection of one of the antennas, instead of all the antennas of the array. Calibration by internal signal source is possible. In this case, a noise generator can be used, the output of which can also be connected instead of all antennas for periodic calibration of channels. If the resolution and speed of the ADCs that are part of device 3 are sufficient for direct analog-to-digital conversion of the input signals, such as, for example, when constructing an image in the KB range, then a frequency selective bandpass filter and amplifier can be used instead of the RFI 2. In other words, the analog part of the device that implements the proposed method can be built on the principle of direct amplification.
Устройство, реализующее способ поиска сложных сигналов, работает следующим образом.A device that implements a method for searching for complex signals, operates as follows.
Радиосигналы передатчиков принимаются антеннами решетки 1. Принятый каждым антенным элементом решетки 1, зависящий от времени t суммарный радиосигнал xn(t) в ПРЧ 2 когерентно переносится на более низкую частоту.The radio signals of the transmitters are received by the antennas of the array 1. The total radio signal x n (t) received by each antenna element of the array 1, depending on time t, is coherently transferred to a lower frequency in the RFI 2.
Сформированный в ПРЧ 2 ансамбль сигналов xn(t) синхронно преобразуется в устройстве 3 в ансамбль комплексных цифровых сигналов Комплексные цифровые сигналы синхронно регистрируются на заданном временном интервале в формирователе ДВКФ 4. Кроме того, в формирователе 4 из цифровых сигналов независимых пар каналов одновременно формируются комплексных ДВКФ The ensemble of signals x n (t) formed in RFI 2 is synchronously converted in device 3 into an ensemble of complex digital signals Integrated Digital Signals synchronously recorded at a given time interval in the
Полученные комплексные ДВКФ поступают в устройство сдвига 5.Received complex DVKF enter the shear device 5.
В устройстве 5 комплексные ДВКФ каждой пары каналов сдвигаются по времени на величины соответствующие всем ожидаемым направлениям m=1, ..., М прихода принимаемых сигналов. Полученные сдвинутых комплексных ДВКФ поступают в формирователь ФВСП 6.In device 5, integrated DCF of each channel pair are shifted in time by corresponding to all expected directions m = 1, ..., M of arrival of received signals. Received shifted complex DCF come in
В формирователе 6 одновременно выделяются центральные части всех сдвинутых функций Для каждого ожидаемого направления прихода m=1, ..., М усредняются соответствующие центральные части Полученное для m-го направления среднее значение преобразуется в комплексную функцию взаимной спектральной плотности для m-го направления прихода сигналов.In the
Одновременно полученные М комплексных функций взаимной спектральной плотности поступают в устройство обнаружения 7.Simultaneously obtained M complex functions of mutual spectral density arrive at the detection device 7.
В устройстве 7 одновременно сравниваются модули всех М функций взаимной спектральной плотности с порогом С0 и для каждой функции идентифицируются замкнутые частотно-временные области, в которых превышен порог С0, в качестве частотно-временных областей локализации обнаруженных излучений.The device 7 simultaneously compares the modules all M functions of mutual spectral density with threshold С 0 and for each function closed-time-frequency regions in which the threshold C 0 is exceeded are identified as time-frequency regions of localization of the detected emissions.
Полученные для всех М ожидаемых направлений прихода частотно-временные области локализации и соответствующие им значения функций взаимной спектральной плотности обнаруженных излучений поступают в устройство идентификации 8.The time-frequency localization regions obtained for all M expected arrival directions and the corresponding values of the mutual spectral density functions the detected radiation enter the identification device 8.
В устройстве 8 излучения с максимальной взаимной энергией идентифицируются в качестве одноэлементных сигналов передатчиков и определяются их пеленги. Одноэлементные сигналы с совпадающими пеленгами объединяются в многоэлементный сигнал отдельного передатчика, а также производится весовое усреднение пеленгов одноэлементных сигналов, объединенных в многоэлементный сигнал отдельного передатчика. Кроме того, в устройстве 8 принимается решение о том, что обнаруженный сигнал относится к одному из классов: многочастотный сигнал с СИЧ, одночастотный ШПС сигнал, сигнал с ЛЧМ.In the device 8, emissions with maximum mutual energy are identified as single-element transmitter signals and their bearings are determined. Single-element signals with matching bearings are combined into a multi-element signal of a separate transmitter, and weighting of bearings of single-element signals combined into a multi-element signal of a separate transmitter is also performed. In addition, the device 8 makes a decision that the detected signal belongs to one of the classes: multi-frequency signal with WMS, single-frequency SHPS signal, signal with LFM.
В устройстве 9 отображаются результаты поиска.The device 9 displays the search results.
Таким образом, за счет дополнительной информации, извлекаемой из одной реализации принимаемых сигналов путем введения операций:Thus, due to additional information extracted from one implementation of the received signals by introducing operations:
- формирования для каждого ожидаемого направления прихода сигналов усредненных по пространству комплексных двумерных взаимных корреляционных функций и их преобразования в комплексные функции взаимной спектральной плотности;- the formation for each expected direction of arrival of signals averaged over space of complex two-dimensional mutual correlation functions and their conversion into complex functions of mutual spectral density;
- пространственно-частотно-временной локализации, а также идентификации одноэлементных и многоэлементных сигналов и трех основных классов (СИЧ, ШПС, ЛЧМ) сложных сигналов нескольких радиопередатчиков, одновременно попадающих в пространственно-частотно-временную область приема, удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.- spatial-frequency-time localization, as well as the identification of single-element and multi-element signals and the three main classes (SICH, ShPS, LFM) of complex signals of several radio transmitters that simultaneously fall into the space-time-frequency region of reception, it is possible to solve the problem with the achievement of the technical result .
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. US, патент, 5955993, кл. G01S 3/02, 1999 г.1. US, patent, 5955993, CL. G01S 3/02, 1999
2. RU, патент, 2158002, кл. 7 G01S 3/14, 5/04, 2000 г.2. RU, patent, 2158002, cl. 7 G01S 3/14, 5/04, 2000
3. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006.3. Sergienko A.B. Digital Signal Processing: A Textbook for High Schools. 2nd ed. - St. Petersburg: Peter, 2006.
4. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1986.4. Lezin Yu.S. Introduction to the theory and technique of radio systems: Textbook. manual for universities. - M.: Radio and Communications, 1986.
5. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979.5. Dickson R.K. Broadband systems. - M.: Communication, 1979.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006123268/09A RU2319976C1 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Method for search of composite signal transmitters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006123268/09A RU2319976C1 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Method for search of composite signal transmitters |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2319976C1 true RU2319976C1 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=39279868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006123268/09A RU2319976C1 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Method for search of composite signal transmitters |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2319976C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2471200C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") | Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects |
RU2605691C1 (en) * | 2016-03-15 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") | Method of searching for composite signals radiation sources |
-
2006
- 2006-06-29 RU RU2006123268/09A patent/RU2319976C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2471200C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") | Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects |
RU2605691C1 (en) * | 2016-03-15 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") | Method of searching for composite signals radiation sources |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yoon et al. | High-resolution through-the-wall radar imaging using beamspace MUSIC | |
US10649080B2 (en) | Passive non-linear synthetic aperture radar and method thereof | |
US20200025855A1 (en) | Method and apparatus for providing a passive transmitter based synthetic aperture radar | |
CN101470195B (en) | Non-parameter type high-resolution beam forming method and apparatus | |
Byrd et al. | Development of a low-cost multistatic passive weather radar network | |
RU2491569C2 (en) | Method of direction finding with increased resolution ability | |
RU2319976C1 (en) | Method for search of composite signal transmitters | |
CN114265058B (en) | MIMO radar target angle measurement method and device, electronic equipment and storage medium | |
RU2571950C1 (en) | Method for radio monitoring of radio-silent objects | |
RU2413236C1 (en) | Searching method of composite signals | |
Nai et al. | Adaptive beamspace processing for phased-array weather radars | |
CN108896974A (en) | A kind of improved MIMO array high-resolution Estimation of Spatial Spectrum method | |
RU2316018C1 (en) | Method for detection of composite signals | |
RU2316015C1 (en) | Method for computer-interferometer localization of complex signals | |
Yang et al. | HF radar ocean current algorithm based on MUSIC and the validation experiments | |
JP3018300B2 (en) | Vector velocity measurement device for objects using ultrasonic waves | |
RU2510708C1 (en) | Radio-frequency radiation source direction-finding method | |
Wan et al. | A range-Doppler-angle estimation method for passive bistatic radar | |
RU2572584C1 (en) | Method for radio monitoring radio-silent objects | |
Himed et al. | Synthetic aperture radar–moving target indicator processing of multi-channel airborne radar measurement data | |
Sreekumar et al. | DoA estimation of broad-banded linear and quadratic chirps using nested and co-prime arrays | |
Pan et al. | MIMO high frequency surface wave radar using sparse frequency FMCW signals | |
RU2713235C1 (en) | Method to increase accuracy of direction finding of radio-frequency sources by detector-direction finder with multiscale antenna system | |
RU2285936C2 (en) | Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation | |
Ejaz et al. | Comparison of spectral and subspace algorithms for FM source estimation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090630 |