РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ НА БАЗЕ СЕТЕЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM С УСТРОЙСТВОМ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРАВЛЕННОГО ПОДСВЕТА
RADAR STATION ON BASIS OF GSM CELLULAR COMMUNICATION NETWORKS WITH DEVICE FOR GENERATING DIRECTIONAL ILLUMINATION

Предлагаемое изобретение относится к разнесенной радиолокации и может быть использовано для обеспечения возможности обнаружения и измерения координат целей в тех секторах и эшелонах воздушного и приземного пространства, в границах которых поле подсвета базовых станций сотовой связи стандарта GSM отсутствует или недостаточно для задач радиолокации. Техническим результатом предлагаемого изобретения является усиление подсвечивающего сигнала стандарта GSM в направлениях и эшелонах со слабым или отсутствующим покрытием сетей сотовой связи до требуемого уровня мощности.
Известна подвижная система обнаружения объекта и способ использования сигналов, передаваемых мобильной телефонной станцией (патент США №6930638 В2, 1.08.2001, G01S 3/00; G0S 13/46; G0S 13/58; G0S 13/92; H04Q 7/34; G0S 3/46), содержащая приемник, имеющий первую и вторую антенны, и средство обработки, причем первая (опорная) антенна выполнена с возможностью приема прямого сигнала, базовой станции мобильной телефонной связи; а вторая (целевая) антенна выполнена с возможностью приема сигнала базовой станции, отраженного от объекта. Средство обработки сравнивает сигнал, принимаемый от базовой станции с сигналом, отраженным от объекта, и определяет скорость и положение объекта. Система состоит из множества базовых станций мобильной телефонной связи, которые передают сигнал. Недостаток системы - малая дальность или невозможность обнаружения объектов в направлениях и на высотах, в которых имеется слабый сигнал сотовой связи.
Известна бистатическая радиолокационная станция с обнаружением «на просвет» (Евразийский патент №007143, 2004.12.23 G01S 13/06, G01S 7/42), содержащая передающую позицию, излучающую квазигармонический сигнал, приемную позицию и рабочее место оператора. Причем приемная позиция состоит из последовательно соединенных приемной антенны с многолучевой диаграммой направленности, обращенной в сторону передающей позиции и N приемных каналов (по числу лучей диаграммы направленности приемной антенны), блока измерения пеленга, блока формирования траектории и распознавания классов воздушных целей. Каждый из N приемных каналов состоит из последовательно соединенных приемника, устройства режекции прямого сигнала передатчика и пассивных помех и блока измерения частоты Доплера. Недостаток бистатического радиолокатора состоит в формировании узкополосного специализированного квазигармонического сигнала, а также узкой пространственной зоны просветного обнаружения, формируемого одним передатчиком. Поэтому для создания широкого поля обнаружения «на просвет» необходимо развертывание большого количества передающих позиций. Применение известного аналога для локации целей в поле подсвета иных, например связных и широковещательных, источников подсвета безрезультатно. Так, структура сигнала стандарта GSM не является квазигармонической и содержит дискретные битовые, слоговые и кадровые составляющие [1]. Дискретная структура сигнала не позволит реализовать техническое решение, приведенное в аналоге, в секторах, выходящих за пределы просветной зоны, а также за пределами зоны наложения минимального битового дискрета прямого и отраженного сигналов GSM [2].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели, выбираемым в качестве прототипа, является радиолокационная станция со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM (Патент на полезную модель №144831, G01S 13/06, G01S 7/42), содержащая разнесенные в пространстве, как минимум, одну базовую станцию и пассивный приемный модуль, предназначенный для обнаружения, обработки, отображения и передачи радиолокационной информации. Недостатком радиолокационной станции является невозможность обнаружения целей в секторах и эшелонах со слабым или отсутствующим сигналом сотовой связи стандарта GSM.
Целью заявляемого изобретения является усиление подсвечивающего сигнала стандарта GSM в направлениях и эшелонах со слабым или отсутствующим покрытием сетей сотовой связи до требуемого уровня мощности, необходимого для расширения пространственных показателей РЛС.
Указанная цель достигается тем, что в радиолокационную станцию со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM, состоящую из разнесенных в пространстве не менее одной базовой станции сотовой связи и пассивного приемного модуля, предназначенного для обнаружения, обработки, отображения и передачи радиолокационной информации, дополнительно введено устройство формирования направленного подсвета в составе последовательно соединенных приемной антенны, репитера и передающей направленной антенны.
Приведенная совокупность признаков отсутствует в исследованной патентной и научно-технической литературе по данному вопросу, следовательно, предложенные технические решения соответствуют критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется фигурами 1-3.
Фиг. 1 - блок- схема заявляемого технического решения.
Фиг. 2 - схема, поясняющая принцип работы заявляемого технического решения.
Фиг. 3 - экспериментальные спектры сигнала стандарта GSM при формировании направленного подсвета. Аппаратура радиолокационной станции по фиг. 1 состоит из разнесенных в пространстве не менее одной базовой станции (БС) сотовой связи 1, пассивного приемного модуля 2, устройства формирования направленного подсвета 3 в составе последовательно соединенных приемной антенны 4, репитера 5 и передающей направленной антенны 6.
Заявляемая радиолокационная станция со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM с устройством формирования направленного подсвета работает следующим образом (фиг. 2).
Базовая станция сотовой связи 1, посредством своей узкой в вертикальной и слабонаправленной в горизонтальной плоскостях диаграммы направленности антенны, формирует прижатую к Земле зону подсвета 7. Пассивный приемный модуль, посредством своей узкой диаграммы направленности антенны, формирует зону обзора 8, перекрывающуюся с зоной подсвета 7. Вследствие ограниченной высоты формирования зоны подсвета и обзора, объектами РЛС могут являться цели, находящиеся в приземном пространстве, например автомобили, суда, воздушные объекты на предельно малых высотах. Устройство формирования направленного подсвета 3 позволяет расширить зону обзора 8 пассивного приемного модуля, например в угломестной плоскости. Для этого приемная антенна 4 формирователя направленного подсвета 3 принимает сигнал базовой станции, который затем усиливается в репитере 5 и переизлучается передающей направленной антенной 6. Передающая направленная антенна 6 формирует зону направленного подсвета 9, не перекрывающуюся с зоной подсвета базовой станции, например выше зоны подсвета 7. При этом репитер осуществляет усиление сигналов сотовой связи стандарта GSM в выделенной полосе, например для стандарта GSM 900 в полосе 935-960 МГц. Тем самым исключается возможность оказания взаимных помех базовых станций и устройства формирования направленного подсвета при существующей сети территориально-частотного планирования. Сформированная устройством 3 зона направленного подсвета 9 позволяет увеличить пространственные показатели обнаружения РЛС и обеспечить возможность обнаружения воздушных целей на малых и средних высотах за счет увеличения зоны обнаружения с угла места β1 на больший угол места β2.
Результаты экспериментально полученных спектрограмм направленного подсвета с помощью репитера Picocell 900 SXL и направленной передающей антенны ANT-900-LY приведены в фиг. 3а-в.
Схема эксперимента приведена на фиг. 3а. Формирователь выполнен с той особенностью, что направленная передающая антенна ANT-900-LY 10 подключена к N разъему репитера 11 MS (со стороны включения антенны мобильной станции). При этом через N разъем BS репитера (со стороны базовой станции), аттенюатор 12 подключена приемная ненаправленная антенна 13. Аттенюатор позволяет исключить возможность самовозбуждения репитера. Оценка спектральных составляющих осуществлялась анализатором спектра 14 типа Signal Hound USB -SA-44B. На фиг. 3б приведен спектр излучения базовых станций при выключенном репитере.
На фиг. 3б приведен спектр излучения базовых станций при выключенном репитере. На фиг. 3в приведен спектр излучения базовых станций при включенном репитере с коэффициентом усиления 70 дБ и с аттенюатором 30 дБ. На рис. 3г приведен спектр излучения базовых станций, наблюдаемый на анализаторе 14 со стороны бокового излучения передающей антенны 10. Анализ фигур 3в-г в позволяет сделать вывод о возможности формирования направленного подсвета посредством описанного технического решения.