способ пеленгования источника радиосигнала и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ пеленгования источника радиосигнала, заключающийся в приеме сигнала с помощью М+1 (М 7) идентичных ненаправленных антенн, образующих плоскую кольцевую эквидистантную антенную решетку с центральным антенным элементом, имеющим порядковый номер m=0, расположенным в центре антенной решетки, и осевой линией, проходящей через центр антенной решетки и фазовый центр антенного элемента, имеющего порядковый номер m=1, и размещением антенных элементов по направлениям с соответствующими углами _m относительно осевой линии, определяемыми по формуле



на окружности радиуса R, для которого однозначность фазового разрешения достигается в заданном диапазоне при условии



где _min - минимальная длина волны рабочего диапазона,

K_R>1 - коэффициент масштабирования, зависящий от числа элементов М, синхронном преобразовании принятых сигналов в цифровые сигналы, формировании комплексных спектров сигналов X_m(f), где m=0,1, М, выделении совокупности частот {f₁, ,f_N}, для которых |X_m(f_n )| превосходит порог обнаружения, с сохранением соответствующих спектральных составляющих X_m(f_n), отличающийся тем, что комплексные спектры сигналов X_m(f), в зависимости от требуемого коэффициента масштабирования, включая либо пары, полученные несоседними антенными элементами, либо тройки, полученные соседними элементами, преобразуют во взаимные спектры по правилам



, или



где m=1, ,М, функция mod_M(m) означает остаток от деления числа m на число М так, что аргументы взаимных спектров совпадают с однозначными значениями фаз, соответствующих фазам спектров входных сигналов, которые могли бы быть получены круговой антенной решеткой с тем же числом элементов, но меньшего радиуса R/K _R, формируют векторы (f_n) однозначных разностных фаз в масштабированной решетке относительно опорного сигнала X₀(f_n ), полученного центральным элементом, проводят прямое беспоисковое вычисление начальной оценки вектора , задающего направление прихода сигнала, включая статистическое усреднение по набору частотных составляющих {f₁, f_N}, восстанавливают векторы однозначных разностных фаз в исходной решетке, проводят прямое беспоисковое вычисление компонент вектора , включая статистическое усреднение по набору частотных составляющих {f₁, f_N}, и проводят прямое вычисление по полученным компонентам k результирующих измерений азимута и угла места источника.

2. Устройство пеленгования источника радиосигнала, содержащее восемь идентичных ненаправленных антенн, образующих плоскую кольцевую антенную решетку с центральным антенным элементом, имеющим порядковый номер m=0, и семью антенными элементами, эквидистантно расположенными на окружности радиуса R по направлениям с углами



где m=1,2, ,7 - порядковый номер антенных элементов антенной решетки, а за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, через фазовый центр которой проходит осевая линия антенной решетки, отличающееся тем, что к выходу антенной решетки подключено радиоприемное устройство, выполненное восьмиканальным с идентичными каналами, с общим гетеродином для всех каналов, к выходу которых подключен восьмиканальный аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с модулем быстрого преобразования Фурье, выполненного с возможностью формирования комплексных спектров входных сигналов Х_m, m=0,1, 7, поступающих на вход запоминающего устройства комплексных спектральных составляющих и на вход модуля обнаружения значимых комплексных спектральных составляющих, выход которого подключен ко второму входу запоминающего устройства комплексных спектральных составляющих, с возможностью передачи перечня частот {f₁ , ,f_N}, на которых обнаружены спектральные компоненты, мощность которых превышает заданный порог, а вход первого модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке подключен к выходу запоминающего устройства, при этом на вход первого модуля формирования однозначных разностных фаз поступают только спектральные компоненты X_m(f_n), m=0,1, ,7, n=1, ,N, где формируются совместные спектры либо m=1, ,7, в зависимости от требуемого коэффициента масштабирования, вычисляются разностные фазовые спектры полученных совместных спектров относительно опорного сигнала X₀(f_n ), причем полученные разностные фазовые спектры соответствуют разностно-фазовым спектрам сигналов, которые могли бы быть получены кольцевой решеткой, аналогичной исходной, но меньшего радиуса, соответственно, R/2,25 либо R/4,05, выход первого модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке подключен к входу модуля вычисления начальных оценок пеленга, выход которого соединен с первым входом второго модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной антенной решетке, а второй вход второго модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке подключен к выходу запоминающего устройства комплексных спектральных составляющих сигнала, выход второго модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке соединен с модулем вычисления результирующих оценок азимута и угла места источника сигнала, реализующего прямое вычисление по правилам

;



где - оценки компонент вектора, задающего направление на источник сигнала; w_1x, w_1y R^M - априорно рассчитанные весовые функции, соответствующие оптимальной в среднеквадратическом смысле линейной оценке компонент вектора [k_1x,k_1y,k _1z]^т, N - количество усредняемых спектральных составляющих, каждой из которых соответствует длина волны _n; - векторы измерений однозначных разностных фаз в исходной решетке, соответствующие спектральной составляющей с частотой f_n; углы и служат результирующими измерениями азимута и угла места, соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в комплексах определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ).

Для однозначного определения вектор-пеленга

совпадающего при прямолинейном распространении с направлением на источник радиоизлучения, имеющий угловые координаты (азимут) и (угол места), используется фазочувствительный (ФЧ) способ пеленгования [1]. Для решения данной задачи широко применяются плоские кольцевые антенные решетки (КАР) [1-3], основными параметрами которых служат радиус R, количество М приемных антенных элементов (АЭ), как правило, выполненных идентичными и всенаправленными и расположенными равномерно на окружности радиуса R, а также наличие/отсутствие центрального АЭ, расположенного в центре данной окружности.

При необходимости обеспечения требуемой точности пеленгования при умеренных (порядка 10 дБ) входных отношениях сигнал/шум (ОСШ) основным физическим ресурсом повышения точности КАР является увеличение числа АЭ и величины радиуса R, как это видно из соотношений, приведенных в [1]. Следует подчеркнуть, что увеличение радиуса КАР не только снижает среднеквадратическое отклонение (СКО) ошибок пеленгования, обусловленных шумовыми эффектами на входе КАР, но и уменьшает паразитные влияния, возникающие вследствие взаимовлияния АЭ на принимаемое поле, а также влияние опорной мачты. С другой стороны, увеличение радиуса КАР ограничивается, помимо конструктивных факторов, возникновением фазовых неоднозначностей для диапазона частот, при котором нарушается условие

где - длина волны принимаемого сигнала. При выборе R=K _R /2 возникает ситуация, известная как разреженная решетка [4] с коэффициентом разрежения K_R>1, с необходимостью разрешения указанной фазовой неоднозначности, что влечет дополнительные вычислительные издержки по перебору вариантов [4] и может не привести к однозначному решению при достаточно больших коэффициентах разреженности K_R.

Известен способ фазового радиопеленгования [3], включающий когерентный прием с помощью плоской эквидистантной КАР, содержащей не менее 5 АЭ, выделение значимых спектральных компонент принятого сигнала, измерение фаз принятых колебаний, вычисление коэффициентов Фурье для совокупности измеренных фаз, выделение информации о пеленге на ИРИ из полученных коэффициентов Фурье. Согласно известному способу допускается обработка сигналов за пределами ограничения (2), но для исключения фазовой неоднозначности используется перебор допустимых целочисленных вариантов для поиска наилучшего в смысле критерия наименьших квадратов. Недостатком известного способа является необходимость осуществления данного перебора, снижающего скорость пеленгации.

Другим недостатком известного способа является то, что основные операции, осуществляемые в нем, направлены на определение азимутального пеленга, в то время как определение угла места рассматривается лишь как возможное расширение, влекущее существенное увеличение указанного перебора и предполагающее необходимое использование дополнительного центрального АЭ.

Известен способ радиопеленгования [1], включающий когерентный прием с помощью пятиэлементной плоской эквидистантной КАР, измерение комплексных взаимных спектров пар сигналов, когерентно принятых соседними АЭ, формирование двумерного углового спектра сигнала, измерение амплитудных значений разностных спектров сигналов, когерентно принятых соседними и несоседними АЭ, вычисление однозначных разностных фаз и определение азимута и угла места источника. Известный способ радиопеленгования [1] является амплитудно-фазовым, что ни в коей мере не является его недостатком, но делает некорректным его выбор в качестве прототипа для заявляемого фазового способа пеленгования.

Недостатком известного способа является то, что он, как и устройство его реализации, заявлен для строго пятиэлементной КАР, что осложняет применение способа для КАР с большим числом АЭ.

Другим недостатком известного способа является то, что, как видно из численных примеров, при выборе радиуса решетки по уровню боковых лепестков предполагается его применение при , т.е. при сравнительно низких коэффициентах разрежения, что ограничивает возможность снижения паразитного взаимовлияния между АЭ за счет увеличения расстояния между ними.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является известный способ пеленгования источника радиосигнала [2], заключающийся в приеме с помощью ненаправленных антенн, образующих кольцевую эквидистантную решетку, измерении разностей фаз сигналов для пар антенных элементов, объединенных в две группы согласно данному способу, формировании однозначных разностных фаз, включающем целочисленный ограниченный перебор фазовых поправок, кратных 2 , прямом вычислении по наборам сформированных однозначных разностных фаз однозначных оценок искомых азимута и угла места методом многошкальных измерений.

Как видно из численных примеров, при выборе радиуса решетки с отношением , постановка задачи пеленгования сходна с постановкой задачи, принятой для заявляемого способа.

Недостатком наиболее близкого способа является необходимость целочисленного перебора при устранении неоднозначности разностно-фазовых измерений, что увеличивает время обработки, необходимое для пеленгования.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному радиопеленгатору является устройство, реализующее способ, предложенный в [2], которое включает антенную решетку, состоящую из N антенн, подключенный к ней антенный коммутатор, приемное устройство, измеритель разности фаз, многошкальный измеритель набега фаз, блок линейного преобразования, блок определения углов прихода радиоволн.

Недостатком наиболее близкого аналога радиопеленгатора является наличие антенного коммутатора, делающего необходимым последовательное накопление разностных фаз, что, как и использование перебора при устранении неоднозначности разностно-фазовых измерений, увеличивает время обработки, необходимое для пеленгования.

Основной задачей, на решение которой направлены заявляемый способ пеленгования источника радиоизлучения и устройство для его реализации, является повышение качества пеленгации и расширение частотного диапазона пеленгуемых сигналов.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является повышение точности пеленгования за счет увеличения радиуса решетки, уменьшающего паразитное электродинамическое взаимодействие между антенными элементами решетки и влияние мачтового устройства, при сохранении однозначности пеленгования, и сокращение времени пеленгования, вследствие применения беспоисковых и безытерационных методов определения пеленга.

Технический результат достигается тем, что в способе пеленгования, включающем когерентный прием радиосигналов с помощью M+1, (M 7) антенных элементов, выполненных идентично и образующих кольцевую антенную решетку с центральным антенным элементом, имеющим условный номер m=0, расположенным в центре антенной решетки, и осевой линией, проходящей через центр антенной решетки и фазовый центр антенного элемента с порядковым номером m=1 и размещением антенных элементов по направлениям с соответствующими углами _m относительно осевой линии, определяемыми по формуле

на окружности радиуса R, для которого однозначность фазового разрешения достигается в заданном диапазоне при условии

где K_R>1 - коэффициент масштабирования, определяемый согласно предлагаемому способу в зависимости от числа элементов M,

измерение комплексных спектров X_m(f), m=0,1, ,M сигналов, принятых каждым антенным элементом,

выделение значимых спектральных составляющих {f₁, ,f_N} по правилу обнаружения

где P_П - пороговое значение спектральной плотности мощности,

формирование для каждой из обнаруженных частот f_n совместных спектров, которые в зависимости от требуемого коэффициента масштабирования K_R могут быть получены в двух возможных вариантах, либо в варианте объединения по парам элементов, по правилу

где номера i,l для каждого m выбираются из соотношений

где функция mod_M(m) означает остаток от деления числа m на число M, либо в варианте объединения по тройкам элементов, по правилу

где номера i,l для каждого m выбираются из соотношений

формирование вектора однозначных разностных фаз в масштабированной решетке относительно опорного центрального АЭ по формуле

где arg(Ae^ja)=a - функция аргумента комплексного числа,

вычисление линейных оценок первых двух компонент вектор-пеленга (1), задающих проекцию вектор-пеленга на плоскость масштабированной КАР, для каждой из значимых спектральных составляющих {f₁, ,f_N} по формуле

где w_0x, w _0y ^M - априорно рассчитанные весовые функции, соответствующие оптимальной в среднеквадратическом смысле линейной оценке компонент вектор-пеленга k_0x(f_n), k_0y(f _n) в масштабированной КАР,

формирование усредненных по спектральным составляющим начальных оценок компонент вектор-пеленга (1)

восстановление однозначных разностных фаз в исходной решетке радиуса R относительно опорного центрального АЭ по формуле

где - целочисленный M-вектор, компенсирующий возможную 2 -неоднозначность, возникающую в разреженной решетке радиуса R;

- начальная оценка вектор-пеленга с компонентами, полученными согласно (13), (14),

формирование линейных оценок первых двух компонент вектор-пеленга (1), задающих проекцию вектор-пеленга на плоскость КАР, для каждой из значимых спектральных составляющих {f₁, ,f_N} по формуле

где w_1x, w _1y ^M - априорно рассчитанные весовые функции, соответствующие оптимальной в среднеквадратическом смысле линейной оценке компонент (15) в исходной КАР,

формирование усредненных по спектральным составляющим результирующих оценок компонент вектор-пеленга (1)

выдаются результаты пеленгования в виде оценок азимута и угла места

где atan2 - типовая функция вычисления арктангенса в пределах [- , ].

Указанный технический результат достигается также и тем, что в известном устройстве пеленгования источника радиосигнала, содержащем восемь идентичных ненаправленных антенн, образующих плоскую кольцевую антенную решетку с центральным антенным элементом, имеющим порядковый номер m=0, и семью антенными элементами, эквидистантно расположенными на окружности радиуса R по направлениям с углами

,

где m=1,2, ,7 - порядковый номер антенных элементов антенной решетки, а за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, через фазовый центр которой проходит осевая линия антенной решетки, согласно изобретению к выходу антенной решетки подключено радиоприемное устройство, выполненное восьмиканальным с идентичными каналами, с общим гетеродином для всех каналов, к выходу которых подключен восьмиканальный аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с модулем быстрого преобразования Фурье, выполненным с возможностью формирования комплексных спектров входных сигналов X_m, m=0,1, 7, поступающих на вход запоминающего устройства комплексных спектральных составляющих и на вход модуля обнаружения значимых комплексных спектральных составляющих, выход модуля быстрого преобразования Фурье соединен с запоминающим устройством комплексных спектральных составляющих и модулем обнаружения значимых комплексных спектральных составляющих, выход которого подключен ко второму входу запоминающего устройства комплексных спектральных составляющих, с возможностью передачи перечня частот {f₁, ,f_N}, на которых обнаружены спектральные компоненты, мощность которых превышает заданный порог, а вход первого модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке подключен к выходу запоминающего устройства, при этом на вход первого модуля формирования однозначных разностных фаз поступают только спектральные компоненты X_m(f_n), m=0,1, ,7, n=1, ,N, где формируются совместные спектры либо , m=1, ,7, в зависимости от требуемого коэффициента масштабирования, вычисляются разностные фазовые спектры полученных совместных спектров относительно опорного сигнала X₀(f_n ), причем полученные разностные фазовые спектры соответствуют разностно-фазовым спектрам сигналов, которые могли бы быть получены кольцевой решеткой, аналогичной исходной, но меньшего радиуса, соответственно R/2.25 либо R/4.05, выход первого модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке подключен к входу модуля вычисления начальных оценок пеленга, выход которого соединен с первым входом второго модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной антенной решетке, а второй вход второго модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке подключен к выходу запоминающего устройства комплексных спектральных составляющих сигнала, выход второго модуля формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке соединен с модулем вычисления результирующих оценок азимута и угла места источника сигнала, реализующим прямое вычисление по правилам:

На фиг.1 приведена структурная схема построения устройства, реализующего способ пеленгования ИРИ,

на фиг.2 приведен пример масштабирования антенной решетки с коэффициентом K_R=2.25, а на фиг.3 - с K _R=4.05.

Способ пеленгования ИРИ осуществляется следующим образом. Устройство для реализации способа пеленгования ИРИ содержит (фиг.1) восьмиэлементную плоскую антенную решетку 1, содержащую семь идентичных ненаправленных антенных элементов, эквидистантно расположенных на окружности радиуса R, и центральный элемент, идентичный им, выходы антенной решетки подключены к входу восьмиканального радиоприемного устройства 2, осуществляющего когерентный прием по всем входным каналам, выход радиоприемного устройства подключен к восьмиканальному аналого-цифровому преобразователю 3, синхронно преобразующему входные сигналы в цифровую форму, с выхода аналого-цифрового преобразователя цифровые сигналы поступают на вход модуля быстрого преобразования Фурье 4, формирующего комплексные спектры входных сигналов, с выхода модуля быстрого преобразования Фурье спектры входных сигналов поступают на первый вход запоминающего устройства комплексных спектральных составляющих 5 для хранения и последующей обработки, и на вход модуля обнаружения значимых комплексных спектральных составляющих 6, на выходе которого формируется список частот, спектральные компоненты которых подлежат последующей обработке, список частот поступает на второй вход запоминающего устройства 5, исключая из хранения и последующей обработки спектральные компоненты, не вошедшие в список обнаруженных, с выхода запоминающего устройства 5 обнаруженные спектральные составляющие поступают на вход первого модуля 7 формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке, где формируются совместные комплексные спектры сигналов и выделяются фазовые спектры, содержащие однозначные отсчеты фаз, поступающие на вход модуля вычисления начальных оценок пеленга 8, полученные начальные оценки пеленга подаются на первый вход второго модуля формирования однозначных разностных фаз 9, на второй вход второго модуля формирования однозначных разностных фаз 9 подаются исходные комплексные спектральные компоненты обнаруженных сигналов, с выхода второго модуля формирования однозначных разностных фаз 9 измерения однозначных разностных фаз поступают в модуль 10 вычисления результирующих оценок азимута и угла места источника сигнала, на выходе которого формируются требуемые значения азимута и угла места источника излучения.

Физическая сущность предлагаемого способа, отличающая его от известных способов и от прототипа, заключается в следующем. Сигналы, принимаемые разреженной относительно требуемого диапазона КАР радиуса R, чем снижается паразитное взаимовлияние между элементами и мачтовым устройством, преобразуются таким образом, чтобы получить фазовое распределение, соответствующее приему виртуальной КАР меньшего радиуса R/K_R - масштабированной КАР (фиг.2, фиг.3), для которой отсутствует неоднозначность фаз в требуемом диапазоне. При указанном преобразовании неизбежно возникает ухудшение потенциальной точности пеленгования за счет как увеличения дисперсии погрешности фазовых измерений, так и за счет уменьшения апертуры, но появляется возможность получения прямой (не включающей поиска и итераций) начальной оценки пеленга. Далее, на основе полученной начальной оценки формируется однозначное разностно-фазовое распределение для исходной КАР, по которому также прямым методом формируется результирующая оценка пеленга, уже свободная от указанных ухудшений погрешности. Предлагаемый способ, как и прототип, реализует вариант многошкального подхода к измерению, где масштабированная КАР служит однозначной, но «грубой» шкалой, а исходная КАР - уточняющей.

Решение поставленной задачи с достижением технического результата обусловлено следующими основными положениями.

1. Измерения комплексных спектров принятых сигналов предполагаются удовлетворяющими следующей математической модели

где S₀(f) - комплексный спектр входного сигнала, поступающий в центр КАР, соответствующий началу системы координат, с основной плоскостью, совпадающей с плоскостью КАР;

r_m - вектор положения m-го АЭ, лежащий в основной плоскости КАР;

операция ()^T означает матричное транспонирование, а все вектора считаются векторами столбцами и выделены жирным шрифтом;

k - вектор направления на источник, определяемый согласно (1);

=c/f - длина волны принимаемого сигнала соответствующей частотной компоненты;

N_m(f) - шумовая составляющая на входе m-го приемного элемента, предполагается, что все шумовые компоненты являются случайными величинами с нулевым средним и отсутствием взаимной корреляции

E - математическое ожидание случайной величины (для упрощения дальнейшего изложения дисперсия шума выбрана постоянной величиной , что не влияет на сущность предлагаемого способа);

операция () означает комплексное сопряжение;

_m(f) - амплитудный действительный коэффициент, вызванный амплитудно-фазовой конверсией шума, равный 1 в отсутствие шума (N_m(f)=0);

_m(f) - фазовый шум, вызванный амплитудно-фазовой конверсией шума, равный 0 в отсутствие шума (N_m(f)=0).

Под амплитудно-фазовой конверсией здесь понимается следующее. Для произвольного комплексного сигнала

наблюдаемого на фоне аддитивного шума , для которого E{ }=0, , возмущение фазы вследствие шума задается действительной случайной величиной =arg(x)- , статистические свойства которой можно определить, тождественно переписав (21) в виде

Обозначив , действительную и мнимую части величины соответственно, фазовую погрешность можно представить в виде

Так как дисперсия составляет , то для дисперсий компонент , в общем случае справедливо

При достаточно «высоких» отношениях сигнал/шум (ОСШ) A²/ (от 10 дБ) выражение (23) может быть упрощено, так как с высокой вероятностью можно утверждать, что | |<1, | |<1, и, последовательно используя известные разложения [5], получим приближение

где отброшены слагаемые выше первой степени от величин, меньших единицы.

Таким образом, приняв приближение e , можем считать фазовую ошибку (23) имеющей нулевое среднее и дисперсию (24). Сомножитель _m(f), входящий в (19), соответствует действительному сомножителю в (22), но далее при применении лишь фазовых методов пеленгации не влияет на работоспособность способа.

2. Главной отличительной особенностью предлагаемого способа являются операции над сигналом, задаваемые соотношениями (6-14), физическая сущность которых иллюстрируется на фиг.2, фиг.3 для КАР с семью АЭ на окружности. Особенностью рассматриваемой задачи пеленгования служит допущение условия (4), согласно которому радиус R КАР (и минимальная апертура, которая в случае семи АЭ на окружности незначительно отличается от радиуса) в несколько раз превышает половину длины минимальной волны в спектре принимаемого сигнала. При применении известных фазовых способов пеленгования данное допущение приводит к неоднозначности измерения информативных разностных фаз.

Преобразование сигналов (6) приводит к разностным фазам, полученным относительно опорного сигнала X₀(f_n), имеющим вид

где следует учесть, что r ₀=0. Из модели (19) видно, что систематическая составляющая (без учета погрешностей ) фазовых измерений (26) соответствует разностно-фазовому распределению, которое имело бы место при приеме КАР с АЭ, определяемыми векторами положения лежащими на окружности радиуса R/K₂, как это показано на фиг.2. Для наглядности на фиг.2 при M=7 приведена таблица соответствия индексов в (26), определяемых соотношениями (7). В диапазоне частот, для которых условие (4) выполняется, измерения (26) однозначны (на практике однозначность может нарушаться выбросами шума , вероятность чего тем меньше, чем больший коэффициент масштабирования для данного диапазона удалось достичь).

Другой возможный вариант преобразования, определяемый соотношениями (8, 9), соответствует коэффициенту масштабирования K₃ >K₂ и приведен на фиг.3, также для M=7. Соответствующее разностно-фазовое распределение задается соотношениями

Как видно из фиг.2, фиг.3 коэффициент масштабирования при преобразовании (8) в 1.8 раза больше, чем при преобразовании (6), однако СКО фазовых погрешностей в случае преобразований (8) возрастает вдвое (по сравнению с фазовой ошибкой в (19)), что видно из (27), в то время как при преобразовании (6) в , а также следует учитывать, что потенциальная точность пеленгования по-прежнему пропорциональна радиусу КАР. Поэтому выбор между вариантами, приведенными на фиг.2, фиг.3, и соответственно (26) или (27) определяется, с одной стороны, требуемым диапазоном однозначности, а с другой - ожидаемым входным ОСШ. Необходимо учитывать, что требования к точности оценки пеленга по данным (26) или (27) ниже требований к результирующему пеленгованию, т.к. требуется лишь обеспечение восстановления однозначности фаз.

Дальнейший после масштабирования состав операций над сигналами не зависит от выбора приведенных вариантов масштабирования за исключением значений весовых функций w_0x , w_0y, входящих в соотношения (11), значения которых рассчитываются априорно в зависимости от выбранного варианта.

Следует отметить, что операции масштабирования (6) либо (8) не включают данных, полученных от центрального АЭ, и применимы к КАР без центрального элемента. В данном случае разностно-фазовые распределения (26, 27) формируются относительно одного из кольцевых АЭ, их вид при этом несколько усложняется, но применимость способа сохраняется.

Кроме того, следует отметить, что для КАР с M>7, помимо указанных вариантов, возможны и другие, аналогичные варианты выбора комбинаций двоек (троек), позволяющие варьировать достижимый K_R в более широких пределах.

3. Для определения весовых функций w _0x,w_0y, входящих в линейные оценки (11), перепишем уравнения (26) в матричном виде

- первые две компоненты векторов введенных в (26), с учетом того, что Нормировка первых двух компонент вектор-пеленга, включенных в вектор x, позволяет сделать искомые весовые функции независящими от частоты f_n, что компенсируется при вычислении (11). В (28) указание явной зависимости от частоты f_n опущено для краткости, так как рассматриваемые линейные оценки определены независимо для каждой f_n согласно определениям (29).

Оценка Гаусса-Маркова [6] для вектора х в линейной модели (28) определяется в виде

где C=E{ ^T} - ковариационная матрица ошибок измерений в модели (28), и обратные матрицы существуют вследствие полноты ранга матриц A,C.

Оценка наименьших квадратов, примененная в [4] в аналогичном случае, не может быть применена, т.к. даже в предположении о независимости ошибок _m в исходной модели (19), вследствие операции масштабирования погрешности в (26) оказываются зависимыми, так что

где q - скалярный коэффициент, зависящий от ОСШ;

I - (M+1×M+1) единичная матрица вследствие предположения об отсутствии зависимости между исходным фазовыми ошибками в (19);

S - (M×M+1) матрица преобразования вектора исходных ошибок _m, m=0, 1, ,M в вектор погрешностей модели (28).

Для варианта преобразования (26) и M=7 матрицы S и C^-1 принимают вид

Известно [6], что при замене скалярного сомножителя в выражении для C^-1 на 1, оценка (30) не меняется, следовательно, вместо C^-1 в (30) можно использовать нормированную матрицу Так как (2×M) матрица решения в оценке (30) зависит только от геометрии КАР и выбранного варианта масштабирования, то необходимые в (11) весовые функции

могут быть рассчитаны априорно, и линейное оценивание компонент вектор-пеленга не требует в процессе пеленгования каких-либо численных методов линейной алгебры, кроме прямого вычисления (11).

В случае варианта масштабирования (27) приведенные выше соотношения (28, 30, 31, 33) сохраняются, с заменой в определениях (29) величин с двумя штрихами соответствующими величинами с одним штрихом и использованием вместо определений (32) следующих матриц, соответствующих данному варианту масштабирования

При вычислении линейных оценок компонент результирующего вектор-пеленга (15) используются весовые функции w_1x, w_1y, которые также получаются по формуле (33), с заменой матрицы, задающей геометрию масштабированной КАР, на исходную КАР

и применением в (33) соответствующих матриц

Последовательность действий, осуществляемая над сигналом на основе приведенных соотношений, реализует заявляемый способ.

Устройство, реализующее предложенный способ, функционирует следующим образом. При начальной установке в зависимости от рабочего диапазона выбирают требуемый коэффициент масштабирования K₂=2.25 либо K₃=4.05, в соответствии с которым устанавливают значения весовых функций w_0x, w_0y. Сигналы, одновременно поступающие на восьмиэлементную антенную решетку 1, когерентно принимаются восьмиканальным радиоприемным устройством 2, синхронно преобразуются аналого-цифровым преобразователем 3. Комплексные спектры исходных сигналов в цифровом виде формируются модулем быстрого преобразования Фурье 4 и сохраняются в запоминающем устройстве 5.

Модуль обнаружения значимых комплексных спектральных составляющих 6, подключенный к выходу запоминающего устройства 5, обнаруживает спектральные составляющие, чья энергия превосходит заданный порог, и исключает из дальнейшей обработки остальные спектральные составляющие. Обнаруженные спектральные составляющие поступают на вход первого модуля 7 формирования однозначных разностных фаз в масштабированной решетке, где формируются совместные комплексные спектры сигналов по правилам (6) либо (8) в зависимости от выбранного коэффициента масштабирования K₂ либо K₃ соответственно, формируются вектора разностей фаз относительно опорного центрального элемента, принимающие значения (26) либо (27). Сформированный вектор разностей фаз поступает на вход модуля вычисления начальных оценок пеленга 8, который формирует начальное приближение для вектор-пеленга в соответствии с соотношениями (11-13). Полученное начальное приближение для вектор-пеленга подается на первый вход второго модуля формирования однозначных разностных фаз 9, где по исходным спектральным компонентам, поступающим на второй вход из запоминающего устройства 5, определяют вектор (14) однозначных разностей фаз относительно опорного центрального элемента для немасштабированной исходной решетки. Полученный вектор однозначных разностей фаз (14) подают на вход модуля 10, где по правилам (15-18) вычисляются результирующие оценки азимута и угла места источника сигнала.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент Российской Федерации RU № 2346288, кл. G01S 3/02, опубликован 10.02.2009.

2. Патент Российской Федерации RU № 2251707, кл. G01S 3/14, опубликован 10.05.2005.

3. Патент Великобритании N 2140238, G01S 3/48, опубл. 1984 г.

4. Васенков А.В., Ражев А.Н., Скобелкин В.Н. Многоканальный фазовый метод пеленгования сигналов с распределенным спектром на плоских разреженных решетках. - Антенны, 2008, вып.7-8 (134-135), с.157-163.

5. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. - М.: Наука, 1964 г. - 228 с.

6. Альберт А. Регрессия, псевдоинверсия и рекуррентное оценивание. - М.: Наука, 1977 г. - 244 с.