Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели
METHOD OF IDENTIFYING SIGNALS SCATTERED BY AIR TARGETS, A MULTI-POSITION SPATIALLY DISTRIBUTED RADIO NAVIGATION SYSTEM USING MEASUREMENTS OF DIRECTIONS ON AIR TARGETS

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, а именно к способу отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, в пространственно распределенной радионавигационной системе (РНС), содержащей радиопередатчики опорных станций РНС и приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы радиопередатчиков РНС.
Известна многопозиционная система определения местоположения воздушных судов [1], содержащая наземный радиозапросчик и самолетный ответчик, соединенные линией запроса, не менее трех приемников ответных сигналов, соединенных с самолетным ответчиком по линиям ответа, ЭВМ с модулем расчета координат воздушного судна, выполненным с учетом измерения высоты полета и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположения радиозапросчика.
В этой системе отождествление воздушных судов осуществляется по кодированному ответному сигналу, содержащему в общем виде информацию о бортовом номере, высоте, запасе топлива. Однако при отсутствии ответного сигнала отождествление измерений становится невозможным.
Задачей предлагаемого способа является отождествление принимаемых приемником сигналов, рассеянных воздушными целями, с этими целями по измерениям направлений на воздушные цели.
Поставленная задача решается следующим способом:
1
2
N
- радиопередатчики опорных станций РНС излучают навигационные сигналы y(t), y(t), …, y(t), где N - количество радиопередатчиков опорных станций, которые рассеиваются воздушными целями;
1
2
M
1
2
K
- антенная решетка приемника принимает сигналы s(t), s(t), …, s(t), рассеянные воздушными целями, где М - количество воздушных целей,  m=1, 2, …, М, формируя сигналы x(t), x(t), …, x(t), где K - количество антенных элементов и передающих каналов из антенной решетки в блок пеленгации и в блок отождествления сигналов,
1
2
K
1
2
M
1
2
M
1
2
M
- блок пеленгации приемника обеспечивает прием сигналов x(t), x(t), …, x(t) с каналов антенной решетки и расчет пространственного спектра сигналов s(t), s(t), …, s(t), рассеянных воздушными целями, принятых К антенными элементами антенной решетки, и определение направлений θ, θ, …, θ прихода сигналов s(t), s(t), …, s(t), поступающих на антенную решетку от М воздушных целей;
1
2
K
1
2
M
2
M
- блок отождествления сигналов, принимая сигналы x(t), x(t), …, x(t) с передающих каналов антенной решетки и направления прихода сигналов θ, θ, …, θ с блока пеленгации, производит оценку вектора S(t), содержащего сигналы  s(t), …, s(t), рассеянные соответствующими воздушными целями
1
2
M
где AN=[A(θ), A(θ), …, A(θ)] - матрица направленности, состоящая из М векторов
H
k
k
- индекс транспонирования и комплексного сопряжения, λ - длина волны, d - расстояние от k-го (k=1, 2 …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки, ϕ - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки,
- вектор сигналов в K каналах антенной решетки.
На Фиг. 1 приведена функциональная схема пространственно распределенной РНС «радиопередатчики - цели - приемник», на фиг. 2 приведена функциональная схема приемника.
1
2
N
Пространственно распределенная РНС состоит из N радиопередатчиков опорных станций 1, 1, …, 1 и приемника 2.
1
2
3
1
1.1
1.2
1.K
Приемник 2 состоит из антенной решетки 2 блока пеленгации 2 и блока отождествления сигналов 2. Антенная решетка 2 состоит из K антенных элементов 2, 2, …, 2.
1
2
3
2
3
3
Антенна решетка 2 соединена К каналами, количество которых соответствует количеству антенных элементов, с блоком пеленгации 2 и с блоком отождествления сигналов 2. Блок пеленгации 2 соединен с блоком отождествления сигналов 2. Блок отождествления сигналов 2 имеет выход, по которому отождествленные сигналы передаются потребителю.
1
2
N
1
2
N
1
2
M
Радиопередатчики опорных станций 1, 1, …, 1 излучают навигационные сигналы y(t), y(t), …, y(t), которые рассеиваются воздушными целями 3, 3, …, 3.
1
2
M
1.1
1.2
1.K
1
1
2
M
1
2
M
Приемник 2 принимает сигналы, рассеянные воздушными целями 3, 3, …, 3, находящимися в зоне действия пространственно распределенной РНС. На антенные элементы 2, 2, …, 2 антенной решетки 2 приемника 2, поступают сигналы s(t), s(t), …, s(t),  m=1, 2, …, М), рассеянные целями, приходящие с направлений θ, θ, …, θ, формируя из них вектор
1
2
M
где AN=[A(θ), A(θ), …, A(θ)] - матрица направленности, состоящая из М векторов
1
2
M
соответствующих направлениям θ, θ, …, θ прихода М сигналов,
λ - длина волны,
k
d - расстояние от k-го (k=1, 2, …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки,
k
ϕ - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки.
1
2
K
1
2
3
Сигналы x(t), x(t), …, x(t) с каналов антенной решетки 2 передаются в блок пеленгации 2 и блок отождествления сигналов 2.
2
1
2
K
1
1
Блок пеленгации 2, получив сигналы x(t), x(t), …, x(t), от антенной решетки 2 с помощью метода пеленгации рассчитывает пространственный спектр сигналов, поступающих на антенную решетку 2 и направления их прихода.
1
2
M
Известно множество методов определения направлений на источники изучения радиосигналов. Наиболее известный из них - метод Кейпона [2, с. 43-57]. Он заключается в следующем. Многоэлементная антенная решетка, состоящая из K слабонаправленных антенных элементов, принимает поступающие на нее М сигналов s(t), s(t), …, s(t).
1
На выходах K элементов антенной решетки 2 формируется вектор сигналов
X(t)=AN⋅S(t),
Используя вектор X(t) вычисляют корреляционную матрицу
H
R(θ)=E[XX],
H
где Е - оператор математического ожидания,  - символ транспонирования и комплексного сопряжения.
С использованием корреляционной матрицы рассчитывают спектр мощности, позволяющий определять направления на источники
где вектор А(θ) имеет вид
1
2
M
сар
Направления θ, θ, …, θ, соответствующие максимумам углового спектра мощности Р(θ) представляют собой направления на источники излучений.
1
2
M
2
3
Определив направления прихода М сигналов θ, θ, …, θ, блок пеленгации 2 передает их в блок отождествления сигналов 2.
3
1
1
2
K
2
1
2
M
M
1
H
Блок отождествления сигналов 2, получив от антенной решетки 2 сигналы x(t), x(t), …, x(t), а от блока пеленгации 2 - направления прихода сигналов θ, θ, …, θ с использованием уравнения (1) отождествляет сигналы с воздушными целями 3, посредством разделения сигналов, поступающих на антенную решетку 2, следующим образом: обе части этого уравнения умножаются на матрицу направленности AN
H
H
ANX(t)=ANANS(t),
H
где  - индекс транспонирования и комплексного сопряжения.
2
M
Оценка вектора S(t), содержащего сигналы  s(t), …, s(t), рассеянные соответствующими целями, определяется в виде
Таким образом, в приемнике многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системы каждой воздушной цели поставлен соответствующий ей рассеянный сигнал, который передается потребителю.
Литература
1. Патент 2584689 РФ, МПК G01S 13/74. Многопозиционная система определения воздушных судов / Г.Н. Майков (РФ), А.В. Демидюк (РФ), Е.В. Демидюк (РФ); Майков Геннадий Николаевич (РФ), Демидюк Андрей Викторович (РФ), Демидюк Евгений Викторович (РФ). - №2014145250; Заявлено 11.11.2014; Опубл. 20.05.2016. Бюл. 14. 11 с.: 3 ил.
2. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г. Методы оценивания параметров источников сигналов и помех, принимаемых антенной решеткой. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые подходы к проблемам генерации, обработки, передачи, хранения, защиты информации и их применение». Нижний Новгород, 2007, 98 с.