СПОСОБ ПАССИВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ОБЪЕКТОВ
METHOD FOR PASSIVE DETECTION OF AERIAL OBJECTS

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных воздушными объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.
Известен способ пассивного обнаружения воздушных объектов [1], заключающийся в том, что выбирают передатчики, излучающие радиосигналы с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямые радиосигналы передатчиков и рассеянные от объектов радиосигналы этих передатчиков, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов формируют прямые и сжатые рассеянные сигналы, сравнивают выделенные прямые и рассеянные сигналы и определяют временные задержки, доплеровские сдвиги и направления прихода рассеянных сигналов, по временным задержкам, доплеровским сдвигам и направлениям прихода выполняют обнаружение и пространственную локализацию воздушных объектов.
Недостатком данного способа является ограниченная дальность обнаружения воздушных объектов вследствие отсутствия операций компенсации когерентных помех, возникающих за счет просачивания прямого радиосигнала передатчика подсвета в канал приема рассеянных объектами радиосигналов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ пассивного обнаружения воздушных объектов [2], заключающийся в том, что когерентно принимают двумя пространственно совмещенными приемными каналами прямой радиосигнал от передатчика подсвета и рассеянный воздушным объектом радиосигнал, синхронно преобразуют принятые радиосигналы в комплексные цифровые сигналы, которые синхронно регистрируют на заданном временном интервале, из комплексных цифровых сигналов формируют сигнал, зависящий от временного и частотного сдвигов комплексной двухмерной взаимно корреляционной функции (ДВКФ), исключают центральную часть комплексной ДВКФ и получают сигнал модифицированной комплексной ДВКФ, из сигнала модифицированной комплексной ДВКФ и прямого комплексного цифрового сигнала формируют модифицированный рассеянный комплексный цифровой сигнал, формируют результирующий сигнал комплексной ДВКФ между модифицированным рассеянным комплексным цифровым сигналом и прямым комплексным цифровым сигналом, по модулю результирующего сигнала комплексной ДВКФ определяют число сжатых рассеянных сигналов, по параметрам которых - значению задержки по времени, абсолютного доплеровского сдвига каждого сжатого рассеянного сигнала, и значению азимутально-угломестного направления приема рассеянных сигналов выполняют обнаружение и пространственную локализацию воздушных объектов. Недостатком способа прототипа является ограничение зоны действия системы обнаружения, поскольку в способе прототипе, для приема рассеянного радиосигнала предусматривается использование антенной системы с узкой диаграммой направленности, которая наводится на заданное азимутально-угломерное направление приема, таким образом прием рассеянных воздушными объектами сигналов с других направлений будет затруднен. Также к недостаткам способа-прототипа можно отнести низкую точность оценки доплеровского сдвига частоты, в том случае, если совместно с сигналами, отраженными от воздушного объекта, антенной системой будут приниматься сигналы, отраженные от окружающих объектов индустрии, имеющих большую эффективную поверхность рассеяния (здания, мосты и др.), поскольку эти сигналы накладываются на сигналы, отраженные от воздушного объекта, и уменьшают точность оценки доплеровского сдвига частоты, а следовательно, и точность оценки скорости воздушного объекта.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, - расширение зоны действия системы обнаружения воздушных объектов, а также повышение точности оценки доплеровского сдвига частоты сигналов, отраженных от воздушного объекта, при наличии мешающих сигналов, переотраженных от объектов индустрии.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе пассивного обнаружения воздушных объектов, заключающегося в том, что когерентно принимают двумя приемными каналами прямой радиосигнал от передатчика подсвета и рассеянный воздушным объектом радиосигнал, синхронно преобразуют принятые радиосигналы в комплексные цифровые сигналы, которые синхронно регистрируют на заданном временном интервале, формируют сигнал, зависящий от временного и частотного сдвигов комплексной взаимно корреляционной функции, отличающемся тем, что прямые и рассеянные сигналы дополнительно принимаются двумя приемными каналами, при этом все четыре приемных канала пространственно разнесены, и в каждом из четырех приемных каналов используется широконаправленная антенная система, а в качестве сигнала подсвета используются широкополосные сигналы синхронизации, наземных систем связи, цифрового телевидения либо других источников, которые заранее известны, рассчитываются комплексные временные: взаимно корреляционная функции опорного сигнала и принятого сигнала подсвета, содержащего в себе прямой сигнал от передатчика, а также сигналы, отраженные от воздушного объекта, и сигналы, отраженные от окружающих приемные каналы объектов индустрии, в качестве опорного сигнала используется сигнал, совпадающий с сигналом подсвета, но не искаженный беспроводным каналом распространения радиоволн, по каждой из рассчитанных комплексных взаимно корреляционных функций производится оценка времени приема, частотного и фазового сдвигов, прямых сигналов, сигналов, отраженных от воздушного объекта, а также сигналов, отраженных от объектов индустрии и поступивших в приемный канал каждого из четырех приемных пунктов, зная полученные оценки, производится выделение сигналов, отраженных от воздушного объекта, и компенсация остальных сигналов, принятых в каждом из четырех приемных каналах, после чего производится повторная оценка фазового и частотного сдвига сигналов, отраженных от воздушного объекта, и принятого каждым из четырех приемных каналов, полученная оценка частотного сдвига усредняется и рассчитывается скорость воздушного объекта, по полученным оценкам времени приема сигналов выполняют пространственную локализацию воздушного объекта. Функциональная схема предлагаемого способа приведена на фиг.1, на которой обозначено: 1 - преобразование частоты, 2 - аналого-цифровое преобразование сигналов и формирование комплексных сигналов, 3 - вычисление комплексной временной взаимокорреляционной функции, 4 - формирование опорного сигнала, 5 - оценка временного, частотного и фазового сдвига, 6 - выделение сигналов, отраженных от воздушного объекта, 7 - компенсация «сигналов-помех», 8 - пространственная локализация объекта, оценка скорости воздушного объекта.
Подробное описание способа.
В основе способа пассивного обнаружения воздушных объектов лежит идея использования сторонних, широкополосных сигналов известных источников в качестве сигналов подсвета. Идея предлагаемого способа поясняется на фиг.2. Система обнаружения воздушных объектов включает четыре разнесенных в пространстве приемных пункта. В качестве сигнала подсвета может использоваться сигнал синхронизации, который известен и определяется стандартом, в соответствии с которым работает данная система. Для увеличения зоны действия системы обнаружения воздушных объектов, в каждом из четырех приемных пунктов устанавливаются антенны с широкой диаграммой направленности, при этом, для уменьшения влияния сигналов, отраженных от земли и объектов индустрии, антенны направляются преимущественно в сторону передатчика сигнала подсвета и в направлении от земной поверхности. В каждом из четырех приемных пунктов принимается смесь прямого сигнала с сигналами, отраженными от воздушного объекта и объектов индустрии. Принятые в каждом приемном пункте, зависящие от времени радиосигналы x1(t), x2(t), x3(t), x4(t) переносятся на более низкую частоту. После преобразования частоты, синхронно, в каждом приемном пункте производится аналого-цифровое преобразование сигналов x1(t), x2(t), x3(t), x4(t), выделение квадратур и формирование комплексных цифровых сигналов , , , . Далее производится вычисление четырех комплексных временных взаимокорреляционных функций (ВКФ) , , , , опорного сигнала, с каждым из четырех комплексных цифровых сигналов , , , . По полученным временным взаимокорреляционным функциям производится оценка времени приема , частотного  и фазового  сдвига, прямых, отраженных от воздушного объекта, а также сигналов, отраженных от объектов индустрии и поступивших в приемные каналы, i - номер приемного канала, N - количество принятых переотраженных сигналов, включая прямой сигнал. Оценка времени приема сигналов производится по положению максимумов рассчитанных ВКФ. Оценка частотного и фазового сдвига может быть произведена, например, при помощи способа, описанного в [3]. По полученным оценкам частотного сдвига выделяются сигналы, отраженные от воздушного объекта, поскольку сигналы, отраженные от объектов индустрии и земли, будут иметь минимальный частотный сдвиг (либо не будут иметь его). Для повышения точности оценки доплеровского сдвига частоты сигналов, отраженных от воздушного объекта, используя полученные оценки временного, частотного и фазового сдвига, в каждом из сигналов , , , , производится компенсация прямых сигналов от передатчика, а также сигналов, отраженных от объектов индустрии. После операции компенсации, производится повторная оценка частотного сдвига для сигналов, отраженных от воздушного объекта. Полученные для каждого приемного пункта оценки доплеровского сдвига частоты сигналов, отраженных от воздушного объекта, усредняются. Пространственная локализация воздушного объекта (определение координат) производится разностно-дальномерным методом, описанным, например, в [4], по разности моментов приема сигналов, отраженных от воздушного объекта в каждом приемном пункте.
Предлагаемый способ позволит расширить зону действия системы обнаружения воздушных объектов, по сравнению с системой, описанной в способе-прототипе, поскольку подразумевает применение антенн с широкой диаграммой направленности. Повышение точности оценки доплеровского сдвига частоты сигналов, отраженных от воздушного объекта, достигается за счет компенсации прямого сигнала передатчика, а также сигналов, отраженных от объектов индустрии, и может достигать 20% по сравнению со способом-прототипом.
1. Пат. РФ №2158002, МПК G01S 13/14. Способ радиоконтроля. Опубл. 20.10.2000.
2. Пат. РФ №2472176, МПК G01S 13/02. Способ пассивного обнаружения воздушных объектов. Опубл. 10.01.2013.
3. Пат. РФ №2459354 H04B 1/68, G01S 3/46. Способ оценки сдвига несущей частоты в восходящем канале для беспроводных телекоммуникационных систем. Опубл. 20.08.2012.
4. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993. - 416 с.