способ обнаружения радиоэлектронных средств

Формула изобретения

Способ обнаружения радиоэлектронных средств, заключающийся в приеме сигналов многоэлементной антенной системой, их усилении, перемножении и низкочастотной фильтрации выходного напряжения каждого антенного элемента с выходными напряжениями всех антенных элементов и представлении результатов перемножения и фильтрации в виде корреляционной матрицы сигналов, задержке этих сигналов на время задержки _з, значение которого обеспечивает выполнение условия, что вероятность изменения числа воздействующих на многоэлементную антенную систему за время _з сигналов более, чем на один пренебрежимо мала, поэлементном вычитании сигналов текущей и задержанной матриц сигналов и представлении результатов вычитания в виде разностной корреляционной матрицы сигнала, которая является ненулевой матрицей в случае изменения количества излучающих радиоэлектронных средств за период времени, равный _з, и представляет собой корреляционную матрицу появившегося или исчезнувшего сигнала, определении по ней значений рабочей частоты и направления прихода сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего или начавшего излучение за этот период времени с использованием последовательно формируемых эталонных сигналов, соответствующих конструкции антенной системы, со всеми возможными сочетаниями частот, азимутов и углов места в заданном диапазоне, отличающимися друг от друга на значения разрешений по этим параметрам, измерении полярности разностной корреляционной матрицы сигнала и определении по ее значению принадлежности сигнала к радиоэлектронным средствам, прекратившим или начавшим излучение, записи значений рабочей частоты, направления прихода сигнала раздельно для сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего излучение, и сигнала радиоэлектронного средства, начавшего излучение, сравнении значений рабочей частоты и направления прихода сигнала вновь появившегося излучения со всеми записанными значениями рабочих частот и направлений прихода сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение, и определении излучающего радиоэлектронного средства, сменившего рабочую частоту, по признаку направления прихода сигнала этого радиоэлектронного средства, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют перемножение и низкочастотную фильтрацию выходного напряжения каждого антенного элемента с напряжениями эталонного сигнала, соответствующими всем антенным элементам, и представлении результатов перемножения и фильтрации в виде взаимной корреляционной матрицы сигналов, выполняют соответствующие операции умножения, сложения и вычитания с сигналами соответствующих элементов взаимной корреляционной матрицы сигналов, в результате которых получают определитель взаимной корреляционной матрицы сигналов, находят максимальное значение определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов и при максимальном значении определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов по параметрам эталонного сигнала определяют значение частоты и направление прихода сигнала непрерывно излучающего радиоэлектронного средства.

Описание изобретения к патенту

Способ обнаружения радиоэлектронных средств относится к области радиотехники, и может быть использован для контроля за изменениями радиоэлектронной обстановки, обнаружения сигналов радиоэлектронных средств, измерения их частот и направлений прихода сигналов при реализации его в технике радиомониторинга и радиоподавления радиосвязи.

В настоящее время известны следующие способы обнаружения радиоэлектронных средств, реализованные методами поиска, описанные в книге Борисов В.И., Зинчук В.М. Помехозащищенность систем радиосвязи. Вероятностно-временной подход. Радио и связь, 1999, стр.47-56, 62-71:

параллельный (многоканальный);

последовательный (одноканальный);

параллельно-последовательный поиск (комбинированный).

При параллельном поиске диапазон поиска f разделяется на ряд элементарных каналов (поддиапазонов) f_Э шириной . Обнаружение осуществляется с использованием N неперестраеваемых радиоприемников (или N-канального радиоприемника).

При этом в каждом канале одновременно производится анализ входного воздействия с целью установления факта наличия или отсутствия сигнала на входе радиоприемника. Недостаток способа параллельного поиска: аппаратурная избыточность поста поиска, высокая его стоимость.

При одноканальном (последовательном) поиске обзор всего диапазона поиска производится путем последовательной перестройки одного радиоприемника с начала и до конца диапазона и анализа в ходе перестройки входного воздействия с целью установления факта наличия или отсутствия сигнала на входе радиоприемника. Последовательный поиск прост и экономичен в реализации, однако, имеет существенно большее среднее время поиска, нежели параллельный поиск. При небольшой скорости перестройки велика вероятность пропуска (необнаружения) сигналов малой длительности. Увеличение скорости перестройки приводит к снижению чувствительности радиоприемника и динамическим ошибкам измерения параметров сигнала (частоты, амплитуды и др.).

Комбинированный способ поиска обеспечивает возможность сочетания достоинств параллельного и последовательного способов поиска и достижение компромисса между требуемой эффективностью и стоимостью, однако полностью не исключает недостатков, присущих описанным выше способам: избыточность аппаратуры сохраняется, а время поиска для решения некоторых задач радиомониторинга остается неприемлемо большим.

Известны также способы обнаружения сигналов радиоэлектронных средств, основанные на использовании методов пространственной обработки сигналов, реализуемых многоканальными устройствами, в составе которых применяются многоэлементные антенные системы (АС), см., например Paula A., Kaula Т. Eigenstructure methods for direction of arrival estimation in the presence of unknown noise fields. «/IEEE Trans.» 1986. V.ASSP-34, c.13-20, патент РФ № 2341024, патент РФ № 2292650, которые за счет реализации беспоискового обнаружения сигналов и пеленгования их источников обеспечивают существенное сокращение временных затрат на обнаружение радиоэлектронных средств, начавших или прекративших излучение по сравнению с вышеуказанными «классическими» способами обнаружения.

Наиболее близким из известных способов обнаружения радиоэлектронных средств является способ по патенту РФ № 2292650, принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в приеме сигналов многоэлементной антенной системой, их усилении, перемножении и низкочастотной фильтрации выходного напряжения каждого антенного элемента с выходными напряжениями всех антенных элементов и представлении результатов перемножения и фильтрации в виде корреляционной матрицы сигналов, задержке этих сигналов на время задержки _з, значение которого обеспечивает выполнение условия, что вероятность изменения числа воздействующих на многоэлементную антенную систему за время _з сигналов более чем на один, пренебрежимо мала, поэлементном вычитании сигналов текущей и задержанной матриц сигналов и представлении результатов вычитания в виде разностной корреляционной матрицы сигнала, которая является ненулевой матрицей в случае изменения количества излучающих радиоэлектронных средств за период времени, равный _з и представляет собой корреляционную матрицу появившегося или исчезнувшего сигнала, определении по ней значений рабочей частоты и направления прихода сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего или начавшего излучение за этот период времени с использованием последовательно формируемых эталонных сигналов, соответствующих конструкции антенной системы, со всеми возможными сочетаниями частот, азимутов и углов места в заданном диапазоне, отличающимися друг от друга на значения разрешений по этим параметрам, измерении полярности разностной корреляционной матрицы сигнала и определении по ее значению принадлежности сигнала к радиоэлектронным средствам, прекратившим или начавшим излучение, записи значений рабочей частоты, направления прихода сигнала раздельно для сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего излучение и сигнала радиоэлектронного средства, начавшего излучение, сравнении значений рабочей частоты и направления прихода сигнала вновь появившегося излучения со всеми записанными значениями рабочих частот и направлений прихода сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение, и определении излучающего радиоэлектронного средства, сменившего рабочую частоту, по признаку направления прихода сигнала этого радиоэлектронного средства.

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что он не обеспечивает выявление сигналов радиоэлектронных средств, непрерывно работающих длительное время, то есть не обеспечивает выявление сигналов радиоэлектронных средств, которые начали и продолжают излучение до момента начала применения данного способа.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей способа обнаружения радиоэлектронных средств за счет обеспечения возможности обнаружения сигналов непрерывно работающих радиоэлектронных средств.

Для решения поставленной задачи в способе обнаружения радиоэлектронных средств, заключающемся в приеме сигналов многоэлементной антенной системой, их усилении, перемножении и низкочастотной фильтрации выходного напряжения каждого антенного элемента с выходными напряжениями всех антенных элементов и представлении результатов перемножения и фильтрации в виде корреляционной матрицы сигналов, задержке этих сигналов на время задержки _з, значение которого обеспечивает выполнение условия, что вероятность изменения числа воздействующих на многоэлементную антенную систему за время _з сигналов более чем на один пренебрежимо мала, поэлементном вычитании сигналов текущей и задержанной матриц сигналов и представлении результатов вычитания в виде разностной корреляционной матрицы сигнала, которая является ненулевой матрицей в случае изменения количества излучающих радиоэлектронных средств за период времени, равный _з и представляет собой корреляционную матрицу появившегося или исчезнувшего сигнала, определении по ней значений рабочей частоты и направления прихода сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего или начавшего излучение за этот период времени с использованием последовательно формируемых эталонных сигналов, соответствующих конструкции антенной системы, со всеми возможными сочетаниями частот, азимутов и углов места в заданном диапазоне, отличающимися друг от друга на значения разрешений по этим параметрам, измерении полярности разностной корреляционной матрицы сигнала и определении по ее значению принадлежности сигнала к радиоэлектронным средствам, прекратившим или начавшим излучение, записи значений рабочей частоты, направления прихода сигнала раздельно для сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего излучение и сигнала радиоэлектронного средства, начавшего излучение сравнении значений рабочей частоты и направления прихода сигнала вновь появившегося излучения со всеми записанными значениями рабочих частот и направлений прихода сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение, и определении излучающего радиоэлектронного средства, сменившего рабочую частоту, по признаку направления прихода сигнала этого радиоэлектронного средства, согласно изобретению, дополнительно осуществляют перемножение и низкочастотную фильтрацию выходного напряжения каждого антенного элемента с напряжениями эталонного сигнала, соответствующими всем антенным элементам и представлении результатов перемножения и фильтрации в виде взаимной корреляционной матрицы сигналов, выполняют соответствующие операции умножения, сложения и вычитания с сигналами соответствующих элементов взаимной корреляционной матрицы сигналов, в результате которых получают определитель взаимной корреляционной матрицы сигналов, находят максимальное значение определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов и при максимальном значении определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов по параметрам эталонного сигнала определяют значение частоты и направление прихода сигнала непрерывно излучающего радиоэлектронного средства.

При изучении других известных технических решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от прототипа, не была выявлена.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Осуществляется прием сигналов многоэлементной антенной системой, их усиление. Производится перемножение и низкочастотная фильтрация выходного напряжения каждого антенного элемента с выходными напряжениями всех антенных элементов и представление результатов перемножения и фильтрации в виде корреляционной матрицы сигналов, затем задержка этих сигналов на время _з (значение _з, должно обеспечить выполнение условия, что вероятность изменения числа воздействующих на антенную систему сигналов более чем на один пренебрежимо мала). Поэлементное вычитание сигналов текущей и задержанной матриц и представление результатов в виде разностной корреляционной матрицы сигнала. (Матрица является ненулевой матрицей в случае изменения количества излучающих радиоэлектронных средств за время задержки и представляет собой корреляционную матрицу появившегося или исчезнувшего сигнала). Определение по этой матрице значений рабочей частоты и направления прихода сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего или начавшего излучение за время задержки. (Для этого используются последовательно формируемые эталонные сигналы, соответствующие конструкции антенной системы, со всеми возможными сочетаниями частот, азимутов и углов места в заданном диапазоне, отличающимися друг от друга на значения разрешений по этим параметрам). Измерение полярности разностной корреляционной матрицы сигнала и определение по ее знаку принадлежности сигнала к радиоэлектронным средствам, прекратившим или начавшим излучение. Запись значений рабочей частоты, направления прихода для сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего излучение и сигнала радиоэлектронного средства, начавшего излучение в соответствующие запоминающие устройства. Сравнение значений рабочей частоты и направления прихода сигнала вновь появившегося излучения со всеми записанными значениями рабочих частот и направлений прихода сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение, и определении излучающего радиоэлектронного средства, сменившего рабочую частоту (по признаку направления прихода сигнала этого радиоэлектронного средства). Перемножение и низкочастотная фильтрация выходного напряжения каждого антенного элемента с напряжениями эталонного сигнала, соответствующими всем антенным элементам и представлении результатов перемножения и фильтрации в виде взаимной корреляционной матрицы сигналов. Выполнение операций умножения, сложения и вычитания (по известному алгоритму) над сигналами соответствующих элементов взаимной корреляционной матрицы сигналов для получения ее определителя. Поиск максимального значения определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов. Определение значения частоты и направления прихода сигнала непрерывно излучающего радиоэлектронного средства (они соответствуют по параметрам эталонного сигнала при максимальном значении определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов).

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, поясняющего сущность заявляемого способа обнаружения радиоэлектронных средств, на фиг.2 - схема расположения антенных элементов антенной системы, на фиг.3 - структурная схема блока корреляционной матрицы сигналов, на фиг.4 - структурная схема коррелятора, входящего в состав блока корреляционной матрицы сигналов, на фиг.5 - структурная схема блока взаимной корреляционной матрицы сигналов, на фиг.6 - структурная схема блока определения частотных и пространственных параметров сигналов, на фиг.7 - структурная схема блока определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов, на фиг.8 - структурная схема блока определения максимума определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов, на фиг.9 - временные диаграммы, поясняющие сущность заявляемого способа.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

1 - многоэлементная антенная система (АС);

2 - усилитель;

3 - блок корреляционной матрицы сигналов (КМС);

4 - блок взаимной корреляционной матрицы сигналов;

5 - вычитающее устройство;

6 - блок линий задержки;

7 - блок определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов;

8 - блок определения знака разностной корреляционной матрицы сигналов;

9 - блок определения частотных и пространственных параметров сигналов;

10 - блок определения максимума определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов;

11 - запоминающее устройство параметров сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение;

12 - запоминающее устройство параметров сигналов радиоэлектронных средств, начавших излучение;

13 - запоминающее устройство параметров сигналов постоянно излучающих радиоэлектронных средств;

14 - блок сравнения;

15 - блок учета погрешности оценивания;

16 - устройство управления;

На фиг.3 приняты следующие обозначения:

17.1-17.9 - корреляторы.

На фиг.4 приняты следующие обозначения:

18 - умножитель;

19 - низкочастотный фильтр.

На фиг.5 приняты следующие обозначения:

20.1-20.9 - корреляторы.

На фиг.6 приняты следующие обозначения:

21.1-21.3 - генераторы значений параметров;

22 - блок формирования эталонных сигналов;

23 - блок корреляционной матрицы эталонного сигнала;

24 - вычитающее устройство;

25 - блок оценки разности;

26 - преобразователь "параметр - цифровой код";

27 - блок управления генераторами;

28 - блок регистров.

На фиг.7 приняты следующие обозначения:

29.1-29.12 - умножители;

30.1, 30.2 - сумматоры;

31 - вычитающее устройство.

На фиг.8 приняты следующие обозначения:

32 - регистр кода уровня;

33 - аналогово-цифровой преобразователь;

34 - блок сравнения.

На фиг.9 приняты следующие обозначения:

U ₁ U₃ - напряжения сигналов на входе АС 1;

U_БОЗ - напряжения сигналов на выходе блока определения знака разностной КМС 8;

U_БО - напряжения сигналов на выходе блока определителя взаимной КМС 7;

U_БОМ - напряжения сигналов на выходе блока определения максимума определителя взаимной КМС 10;

U _УУ - напряжения сигналов на выходе устройства управления 16.

Устройство, поясняющее сущность заявляемого способа обнаружения радиоэлектронных средств, содержит последовательно соединенные многоэлементную антенную систему 1, усилитель 2, блок корреляционной матрицы сигналов 3, выход которого соединен с входами вычитающего устройства 5 и блока линии задержки 6, выход которого соединен со вторым входом вычитающего устройства 5, выход которого соединен с входом блока определения знака разностной корреляционной матрицы сигнала 8 и с соответствующим входом блока определения частотных и пространственных параметров сигналов 9, первый выход которого соединен с информационными входами запоминающего устройства параметров сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение 11, запоминающего устройства параметров сигналов радиоэлектронных средств, начавших излучение 12 и запоминающего устройства параметров сигналов постоянно излучающих радиоэлектронных средств 13, выходы которых соединены с соответствующими входами блока сравнения 14, выход которого через блок учета погрешности оценивания 15 соединен с первым входом устройства управления 16, выход которого соединен с управляющими входами блока определения максимума определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов 10, запоминающего устройства параметров сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение 11, запоминающего устройства параметров сигналов радиоэлектронных средств, начавших излучение 12, запоминающего устройства параметров сигналов постоянно излучающих радиоэлектронных средств 13, блока сравнения 14 и вторым управляющим входом блока определения частотных и пространственных параметров сигналов 9.

Кроме того, последовательно соединенные блок взаимной корреляционной матрицы сигналов 4, блок определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов 7 и блок определения максимума определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов 10, выход которого соединен с первым управляющим входом блока определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 и с третьим входом устройство управления 16. При этом второй выход блока определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 соединен со вторым входом блока взаимной корреляционной матрицы сигналов 4, первый вход которого соединен с выходом усилителя 2. Причем выход блока определения знака разностной корреляционной матрицы сигнала 8 соединен со вторым входом устройства управления 16.

Блоки, используемые в устройстве, осуществляющем предлагаемый способ, могут быть реализованы следующим образом.

Антенная система 1 в общем случае представляет собой N-элементную антенную решетку (в качестве примера на фиг.2 приведена 3-х элементная).

Усилитель 2 представляет собой N-канальный усилитель.

Блок корреляционной матрицы сигналов 3 представляет собой (N×N) корреляторов, выходные сигналы которых характеризуют корреляционную связь между сигналами в соответствующих антенных элементах, и для рассматриваемого случая 3-х элементной АС может быть реализован по схеме, приведенной на фиг.3. Входящие в состав блока КМС 3 корреляторы 17.1 17.9 широко используются в устройствах обработки сигналов многоканальных АС, например Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. - М.: Радио и связь, 1983, с.235 рис.10.10, с.240, рис.10.16, Венскаускас К.К. Компенсация помех в судовых радиотехнических системах. - Л.: Судостроение, 1989, с.111, рис.2.31 и могут быть реализованы по схеме, фиг.4 в виде последовательно соединенных умножителя 18 и низкочастотного фильтра 19.

Блок взаимной корреляционной матрицы сигналов 4 представляет собой (N×N) корреляторов, выходные сигналы которых характеризуют взаимную корреляционную связь между входными и эталонным сигналами и может быть реализован по схеме, приведенной на фиг.5. Входящие в состав блока взаимной КМС 4 корреляторы 20.1 20.9 аналогичны корреляторам 17.1 17.9.

Вычитающее устройство 5 представляет собой набор функциональных узлов (количество которых определяется числом сигналов, составляющих КМС), и может быть реализовано с использованием соответствующих дифференциальных усилителей, реализующих операции вычитания сигналов.

Блок линий задержки 6 содержит N×N идентичных линий задержки и может быть реализован на основе ультразвуковых линий задержки.

Блок определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов 7 представляет собой совокупность умножителей, сумматоров и вычитающего устройства, взаимосвязанных между собой по входам и выходам для реализации операции нахождения определителя взаимной корреляционной матрицы. Правило нахождения определителя квадратной матрицы общеизвестно, см. например, Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов - М.: Наука, 1986, с.158 и для рассматриваемого случая 3-х элементной АС блок определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов 7 может быть выполнен по структурной схеме, приведенной на фиг.7. Выходное напряжение этого блока пропорционально значению определителя взаимной корреляционной матрицы.

Блок определения знака разностной корреляционной матрицы сигналов 8 может быть реализован с использованием логических элементов.

Блок определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 может быть выполнен по структурной схеме, приведенной на фиг.6. Он содержит последовательно соединенные блок формирования эталонных сигналов 22, блок корреляционной матрицы эталонного сигнала 23, вычитающее устройство 24, блок оценки разности 25, блок регистров 28, а также блок управления генераторами 27, генераторы значений параметров 21.1 21.3, входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления генераторами 27, преобразователь "параметр - цифровой код" 26, входы которого соединены с соответствующими входами блока формирования эталонных сигналов 22 и выходами соответствующих генераторов значений параметров 21.1 21.3, а выходы соединены с соответствующими входами блока регистров 28.

Блок определения максимума определителя взаимной КМС 10 может быть реализован по схеме определения максимума сигнала, применяемой в панорамном обнаружителе Р-381 Т1-5, упрощенная структурная схема которой приведена на фиг.8.

Запоминающие устройства параметров сигналов радиоэлектронных средств 11, 12, 13 реализуются с использованием цифровых регистров записи двоичного кода, выполненных на основе RS или D-триггеров.

Блок сравнения 14 является цифровым аналогом компаратора (используемого для сравнения напряжений при операциях с непрерывными сигналами), представляет собой комбинационное логическое устройство и реализуется на основе каскадов логических элементов И-ИЛИ-НЕ.

Блок учета погрешности оценивания 15, устройство управления 16 могут быть реализованы с использованием цифровой элементной базы (программируемого микропроцессора).

Таким образом, реализация предложенного способа не вызывает сомнений, так как в устройстве для его осуществления используются типовые радиотехнические устройства и элементы цифровой техники.

Заявляемый способ обнаружения радиоэлектронных средств основан на использовании методов пространственной обработки сигналов, реализуемых многоканальными устройствами, в составе которых применяются многоэлементные АС.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим

образом.

В качестве примера рассмотрим трехэлементную антенную систему, элементы которой расположены в вершинах равностороннего треугольника, вписанного в окружность радиусом R, (фиг.2).

На выходе каждого антенного элемента (АЭ) напряжения (отклики) одного и того же входного сигнала отличаются для идентичных АЭ фазовыми сдвигами, определяемыми разностью хода электромагнитной волны до АЭ.

Напряжения i-го сигнала на выходах антенных элементов АС 1 имеют следующий вид:

где _i1 - сдвиг фазы i-го сигнала в первом антенном элементе относительно центра антенной системы 1;

_i2 - сдвиг фазы i-го сигнала во втором антенном элементе относительно центра антенной системы 1;

_i3 - сдвиг фазы i-го сигнала в третьем антенном элементе относительно центра антенной системы 1,

то есть на выходах антенных элементов АС 1 напряжения (отклики) i-го сигнала имеют фазовые сдвиги _i1, _i2, _i3, величины которых определяются соотношением радиуса круга антенного массива R, длины волны (частоты) сигнала , а также направлением прихода электромагнитных волн, и определяются следующими формулами:

где - азимут, - угол места, характеризующие направление прихода сигнала.

Для обеспечения возможности дальнейшей обработки сигналов с выходов АЭ производится их усиление в соответствующих каналах усилителя 2 до необходимого уровня.

Извлечение информации, заложенной в набеге (сдвиге) фазы выходных напряжений АЭ имеет определенные трудности, обусловленные следующими факторами. Выходное напряжение каждого АЭ представляет собой аддитивную смесь сигнала, помех и шума. Сигналы, помехи и шумы описываются статистическими характеристиками, а оцениваются усредненными значениями, которые получают путем корреляционной обработки. Поэтому результаты корреляционной обработки выходных сигналов многоэлементных АС удобно представлять в виде корреляционной матрицы (КМ) сигналов. Корреляционная матрица сигналов содержит полную информацию о внешних источниках, воздействующих на АС. Диагональные элементы КМ дают информацию о мощности собственных и внешних шумов в парциальных каналах приема, остальные элементы КМ содержат информацию о длинах волн (частотах) и о направлениях прихода сигналов, см. например Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. - М.: Радио и связь, 1983, стр.227, Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: введение в теорию: Пер. с англ. - М: Радио и связь 1986, с.71-73, Венскаускас К.К. Компенсация помех в судовых радиотехнических системах. - Л.: Судостроение, 1989, с.13, 14., Адаптивная компенсация помех в каналах связи /Ю.И. Лосев, А.Г. Бердников, Э.Ш. Гойхман, Б.Д. Сизов/ под. ред. Ю.И. Лосева. - М.: Радио и связь, 1988, с.22-23.

Для удобства извлечения информации, заложенной в набеге (сдвиге) фазы сигнала, необходимо получить корреляционную матрицу сигналов на выходе АС 1, диагональные элементы которой являются функциями автокорреляции, а остальные элементы - функциями взаимной корреляции сигналов в соответствующих антенных элементах.

Для получения элементов КМ производится перемножение и низкочастотная фильтрация выходного напряжения каждого АЭ с выходными напряжениями всех остальных АЭ в блоке КМС 3, схема которого приведена на фиг.3. Корреляторы в блоке КМС 3 идентичны.

Для рассматриваемого случая корреляционная матрица сигналов на выходе блока КМС 3 при наличии М сигналов радиоэлектронных средств имеет вид:

_i12= _i1- _i2 - набег фазы принимаемого сигнала в первом АЭ относительно второго;

_i13= _i1- _i3 - набег фазы принимаемого сигнала в первом АЭ относительно третьего;

_i21= _i2- _i1 - набег фазы принимаемого сигнала в третьем АЭ относительно второго и так далее.

Задержка сигналов, являющихся элементами КМ, производится в блоке линий задержки 6, причем количество линий задержки определяется числом сигналов, составляющих КМ.

Время задержки _з выбирается из условий: вероятность изменения числа воздействующих на многоэлементную антенную систему за время _з сигналов более чем на один должна быть пренебрежимо мала, в то же время величина _з должна быть не меньше длительности переходных процессов при формировании выходных сигналов корреляторов.

Поэлементное вычитание сигналов текущей и задержанной матриц и представление результатов вычитания в виде разностной корреляционной матрицы сигналов осуществляется в вычитающем устройстве 5 путем вычитания из каждого сигнала, являющегося элементом текущей КМС вида (3) соответствующего сигнала задержанной КМС. Таким образом, на выходе вычитающего устройства 5 в рассматриваемом примере имеются девять разностных сигналов, являющихся элементами разностной КМС:

При выполнении операции вычитания КМС возможны три исхода:

1. За время, равное _з число сигналов воздействующих на АС 1 не изменилось, тогда соответствующие элементы текущей и задержанной КМС не отличаются друг от друга, и поэтому все элементы разностной КМС равны нулю:

2. За время, равное _з число воздействующих на АС 1 сигналов уменьшилось на один (исчез k-й сигнал), тогда разностная КМС является отрицательной матрицей и имеет вид:

3. За время число воздействующих на АС 1 сигналов увеличилось на один (появился l-й сигнал), тогда разностная КМС является положительной матрицей и имеет вид:

Так как значение времени задержки _з выбрано с тем условием, что вероятность изменения числа воздействующих на многоэлементную антенную систему за время _з сигналов более чем на один пренебрежимо мала, то разностная КМС представляет собой корреляционную матрицу появившегося или исчезнувшего сигнала. При этом знак матрицы позволяет определить: появился сигнал или исчез, что поясняется эпюрами, приведенными на фиг.9 применительно к сигналам U₂ и U₃ , воздействующим в различные моменты времени на АС 1. Сигналы, являющиеся элементами разностной КМС подаются на блок определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 и на блок определения знака разностной корреляционной матрицы сигнала 8.

Определение рабочих частот и направлений прихода (азимутов и углов места) сигналов радиоэлектронных средств производится в блоке определения частотных и пространственных параметров сигналов 9. Принципы определения пространственных и частотных параметров радиосигналов известны и основаны на приеме сигнала несколькими антенными элементами, расположенными в разнесенных точках пространства, обработке напряжений, наведенных в этих антенных элементах с использованием различных методов (амплитудный, фазовый, амплитудно-фазовый, доплеровский и др.) с целью извлечения информации о пространственных и частотных параметров, которая содержится в разности фаз напряжений в антенных элементах, например, Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. - М.: "Сов. радио", 1964, с.20-35.

В заявляемом способе используется фазовый метод, реализующий алгоритм пространственной обработки сигналов: наведенные в каждом АЭ напряжения подвергаются корреляционной обработке в блоке КМС 3, в результате которой формируются сигналы (являющиеся элементами КМС). Фазы этих сигналов содержат информацию об азимуте , угле места и длине волны (частоте), см. выражение (2). Сигналы разностной КМС, содержащие информацию об азимуте, угле места и длине волны появившегося или исчезнувшего сигнала поступают на блок определения частотных и пространственных параметров сигналов 9.

Определение параметров начавшего или прекратившего излучение сигнала , , и в блоке определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 (фиг.6) осуществляется следующим образом. Алгоритм работы блока управления генераторами 27 задается блоком управления 16 и при определении параметров начавшего или прекратившего излучение сигнала включает следующие операции. Для заданных (установленных пользователем) границ поиска по частотному диапазону f_min , f_max; азимуту _min, _max; углу места _min, _max и соответствующих значений разрешения по частоте, азимуту и углу места f; ; блок управления генераторами 27 управляет соответствующими генераторами 21.1 21.3, формирующими множество вариантов сочетаний напряжений, пропорциональных соответственно значениям частоты (в МГц), азимута и угла места (в град.). В блоке формирования эталонных сигналов 22 последовательно имитируются сигналы с антенных элементов АС 1 для текущих сочетаний значений f; ; и вектор эталонного сигнала на выходе блока формирования эталонных сигналов 22 (фиг.6) имеют следующий вид:

где _э1 - сдвиг фазы эталонного сигнала, соответствующего сдвигу фазы напряжения в первом АЭ относительно центра антенной системы 1;

_э2 - сдвиг фазы эталонного сигнала, соответствующего сдвигу фазы напряжения во втором АЭ относительно центра антенной системы 1;

_э3 - сдвиг фазы эталонного сигнала, соответствующего сдвигу фазы напряжения в третьем АЭ относительно центра антенной системы 1.

Таким образом, на выходе блока формирования эталонных сигналов 22 напряжения эталонного сигнала имеют фазовые сдвиги _э1, _э2, _э3, величины которых определяются соотношением радиуса круга антенного массива R, длины волны (частоты) эталонного сигнала _э, а также направлением прихода электромагнитных волн, и определяются выражениями:

где _э - азимут, _э - угол места, направление прихода имитируемого эталонного сигнала.

Блок корреляционной матрицы эталонного сигнала 23 и вычитающее устройство 24 в блоке определения частотных и пространственных параметров сигналов 9, идентичны соответственно блоку КМС3 и вычитающему устройству 5 на фиг.1 и выполняют те же функции. В блоке оценки разности 25 определяется точность совпадения корреляционной матрицы появившегося или исчезнувшего в эфире сигнала и корреляционной матрицы сформированных копий (эталонных сигналов) по заданному пороговому значению. При неизменной радиоэлектронной обстановке (отсутствии сигнала на входе блока определения частотных и пространственных параметров сигналов 9), значение напряжения выходного сигнала блока оценки разности 25 равно 0. В случае, если разность корреляционных матриц сигналов на выходе вычитающего устройства 24 не превышает порогового значения (т.е. эталонный сигнал максимально совпал с сигналом на выходе вычитающего устройства 5 (фиг.1) и параметры которого надо определить), то на выходе блока оценки разности 25 появляется сигнал высокого уровня (логическая единица). Этот сигнал считывает из блока регистров 28 значения параметров f; ; в виде кодов частоты, азимута и угла места (в результате аналогово-цифрового преобразования в преобразователе "параметр-цифровой код"), которые поступают на выход блока определения частотных и пространственных параметров сигналов 7. Таким образом оценки значений ; ; ; соответствуют значениям параметрам сигналов, начавшим или прекратившим излучение.

Таким же образом (путем формирования множества эталонных сигналов и сравнения каждого из них с принятым многоэлементной АС сигналом корреляционным методом) определяются пространственные параметры сигналов в малобазовом интерферометре, см. Германия, патент DE 4128191 A1, 1993, МПК 7 G01S 3/46.

Полярность разностной КМС определяется полярностью сигналов, являющихся диагональными элементами разностной КМС на выходе вычитающего устройства 5 и измеряется с целью разделения сигналов на принадлежность к радиоэлектронным средствам, прекратившим или начавшим излучение, осуществляемой устройством управления 16, которое относит сигналы к радиоэлектронным средствам, прекратившим работу, если полярность напряжения импульса, поступающего с выхода блока определения знака разностной КМС 8, отрицательна, и соответственно к начавшим излучение, если она положительна.

Запись значений рабочих частот, направлений прихода сигналов излучающих радиоэлектронных средств производится в виде двоично-десятичного кода (электрических импульсов низкого и высокого уровня) в соответствующие запоминающие устройства 11 и 12, которые предназначены для хранения параметров сигналов радиоэлектронных средств, соответственно прекративших и начавших излучение.

Сравнение значений рабочих частот и направлений прихода вновь появившихся сигналов с записанными значениями рабочих частот и направлений прихода сигналов радиоэлектронных средств, прекративших излучение производится в блоке сравнения 14 путем поимпульсного сравнения кодовых комбинаций записанных параметров сигнала и кодовых комбинаций параметров вновь появившихся сигналов, содержащихся в запоминающих устройствах 11 и 12 с учетом погрешностей оценивания параметров сигналов в блоке учета погрешности оценивания 15.

Разделение излучающих средств, сменивших рабочую частоту, по признаку направлений прихода сигналов этих средств производится следующим образом: если при поэлементном сравнении количество несовпадений импульсов не превышает порог, определяемый блоком учета погрешности оценивания 15, то устройство управления 16 принимает решение об обнаружении сигнала радиоэлектронного средства, сменившего рабочую частоту, в противном случае источник сигнала классифицируется как новый.

Для обеспечения возможности обнаружения сигналов постоянно излучающих радиоэлектронных средств в заявляемом способе в блоке взаимной КМС 4 формируется взаимная корреляционная матрица сигналов путем перемножения и низкочастотной фильтрации выходного напряжения каждого АЭ, описываемого выражениями (1), (2) с выходными напряжениями блока формирования эталонных сигналов, описываемых выражениями (8), (9).

Каждый элемент взаимной КМС представляет собой комплексное число, действительная часть которого представляет собой произведение амплитуд, мнимая - произведение экспонент мгновенных фаз напряжений сигналов радиоэлектронных средств и эталонного. Произведение экспонент мгновенных фаз отражает взаимную корреляцию сигнала радиоэлектронного средства и эталонного сигнала. Поэтому, если принимаемые АС 1 сигналы некоррелированы с имитируемым эталонным сигналом, значения элементов взаимной КМС равны нулю, а если параметры принимаемого АС 1 и имитируемого эталонного сигнала близки, значения элементов взаимной КМС отличны от нуля и пропорциональны степени совпадения частотных и пространственных параметров.

Для рассматриваемого случая трехэлементной АС при совпадении параметров одного из М принимаемых АС 1 с параметрами эталонного сигнала взаимная корреляционная матрица сигналов имеет вид:

Обозначив мнимые части элементов взаимной КМС коэффициентами с соответствующими индексами, получим:

Максимального значения коэффициенты K достигают при полном совпадении частотных и пространственных параметров.

Таким образом, значения элементов взаимной КМС отражают близость частотных и пространственных параметров (f; ; ) сигналов радиоэлектронных средств и эталонного.

Для обеспечения максимальной точности и удобства определения момента полного совпадения частотных и пространственных параметров принимаемого АС 1 и имитируемого эталонного сигнала в заявляемом способе в блоке определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов 7 выполняются соответствующие операции умножения, сложения и вычитания с сигналами соответствующих элементов взаимной корреляционной матрицы сигналов, в результате которых получают определитель взаимной корреляционной матрицы сигналов, который для рассматриваемого случая трехэлементной АС вычисляется в соответствии со следующим правилом:

см., например, Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов - М.: Наука, 1986, с.158. При максимальных значениях элементов взаимной КМС определитель взаимной КМС также имеет наибольшее значение.

Для определения момента полного совпадения частотных и пространственных параметров принимаемого АС 1 и имитируемого эталонного сигнала в заявляемом способе в блоке вычисления максимума определителя взаимной КМС 10 находят максимальное значение определителя взаимной корреляционной матрицы сигналов. Это производится следующим образом.

Для нахождения максимума определителя взаимной КМС при оценке параметров постоянно излучающих радиоэлектронных средств блоком управления 16 задается следующий алгоритм работы блока управления генераторами 27.

Для заданных (установленных пользователем) границ поиска по частотному Диапазону f_min, f_max; азимуту _min, _max; углу места _min, _max и соответствующих значений разрешения по частоте, азимуту и углу места f; ; блок управления генераторами 27 последовательно управляет соответствующими генераторами 21.1 21.3, формирующими множество вариантов сочетаний напряжений, пропорциональных соответственно значениям частоты (в МГц), азимута и угла места (в град.), обеспечивая поиск максимума сначала по одному параметру (например, по частоте), затем по второму (азимуту) и далее по третьему (углу места). Для реализации процедуры поиска максимума определителя могут быть реализованы различные алгоритмы. Например, градиентные алгоритмы, описанные в Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986. с.128-176, алгоритмы случайного поиска, там же с.319-330, а также Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989, с.152-155.

Напряжение с выхода блока определителя взаимной КМС 7 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 33, фиг.8. Сформированные в нем коды уровня (КУ) напряжения параллельно подаются на входы регистра кода уровня 32 и блока сравнения 34. При каждом поступлении КУ сигнала, осуществляется его сравнение с КУ, записанном ранее в регистре кода уровня 32. Если новый КУ больше записанного, то этот код переписывается в регистр кода уровня 32. При этом формируется управляющее напряжение в блок определения частотных и временных параметров сигналов 9 для записи совокупности значений f; ; в блок регистров 28. Таким образом, в регистре кода уровня 32 осуществляется обновление информации об уровне сигнала с целью определения его максимального значения за время поиска максимума, а в блоке регистров 28 хранятся сочетания значений f; ; , соответствующие максимуму определителя взаимной КМС. Считывание этих значений из блока регистров 28 в запоминающее устройство постоянно излучающих радиоэлектронных средств 13 осуществляется по управляющему сигналу блока управления 16 после того, как максимум будет однозначно установлен. Одновременно со считыванием значений параметров осуществляется обнуление блока регистров 28 и регистра кода уровня 32.

Поясним динамику работы устройства, реализующего заявляемый способ. Контроль изменений радиоэлектронной обстановки осуществляется с момента времени t₀.

Блок взаимной КМС 4 формирует сигналы, соответствующие элементам взаимной корреляционной матрицы входных сигналов и эталонного сигнала для текущих сочетаний значений f; ; . При приближении этих значений к значениям соответствующим параметров одного из воздействующих на АС сигналов, например U_c1, увеличивается напряжение U_БО на выходе блока определителя взаимной КМС 7. В момент, когда оно достигает своего максимального значения, блок определения максимума определителя взаимной КМС 10 формирует сигнал U_БОМ в устройство управления 16 о наличии излучающего радиоэлектронного средства и в блок определения частотных и пространственных параметров сигналов 8 для записи в блок регистров 28 сочетаний значений f; ; , соответствующих максимуму определителя и, следовательно, параметрам сигнала U_c1. Если в течение заранее заданного интервала времени _зад радиоэлектронное средство не прекратило работу устройство управления 16 в момент времени t₁ формирует команду U_УУ в блок определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 для определения длина волны _i (частота f_i), азимут _i, угол места _i сигнала данного радиоэлектронного средства и эти параметры выдаются на информационные входы запоминающих устройств 11, 12 и 13, также для записи этих значений в запоминающее устройство постоянно излучающих радиоэлектронных средств 13.

Пусть в момент времени t₂, количество сигналов на входе антенной системы 1 увеличилось на один. При этом корреляционная матрица сигналов на выходе блока КМС 3 изменилась, а за счет задержки ее предыдущего вида в блоке линий задержки 6 разностная КМС на выходе вычитающего устройства 5 (являющаяся нулевой до момента времени t₂) становится ненулевой и положительной. В блоке определения частотных и временных параметров сигналов 9 определяются длина волны _i, (частота f_i), азимут _i, угол места _i сигнала данного радиоэлектронного средства и эти параметры выдаются на информационные входы запоминающих устройств 11 и 12. Сигнал с выхода блока определения знака разностной КМС 8 (в данном случае положительного уровня) поступает на устройство управления 16, которое при этом подает команду на управляющий вход запоминающего устройства 12, по которой осуществляется запись параметров сигнала этого радиоэлектронного средства в одну из ячеек памяти запоминающего устройства 12. Далее устройство управления 16 инициирует операцию сравнения азимута и угла места сигнала данного радиоэлектронного средства с азимутами и углами места сигналов, хранящимися в запоминающем устройстве 11 параметров сигналов, прекративших работу. Для этого на второй вход блока сравнения 14 с выхода запоминающего устройства 12 подается значение азимута _i и угла места _i, а на ее первый вход последовательно считывается информация об азимутах и углах места всех сигналов, хранящихся в запоминающем устройстве 11. Результаты сравнения азимутов и углов места поступают в блок учета погрешности оценивания 15 (в котором заданы границы доверительных интервалов и ). Если модуль разности азимута появившегося сигнала и азимутов сигналов, хранящихся в запоминающем устройстве 12, для всех сочетаний азимутов превышает или модуль разности угла места появившегося сигнала и углов места, хранящихся в запоминающем устройстве 11 для всех сочетаний углов места превышает , то обнаруженный сигнал не принадлежит радиоэлектронному средству, ранее сменившему рабочую частоту, и является сигналом радиоэлектронного средства, вышедшего в эфир впервые. После появления сигнала U_c2 с формированные блоком взаимной КМС 4 сигналы для текущих сочетаний значений f; ; в случае приближения этих значений к значениям соответствующих параметров сигнала U_c2 напряжение U_БО на выходе блока определителя взаимной КМС 7 увеличивается. В момент, когда оно достигает своего максимального значения, блок определения максимума определителя взаимной КМС 10 формирует сигнал U _БОМ в устройство управления 16 о наличии излучающего радиоэлектронного средства, и в блок определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 для записи в блок регистров 28 сочетаний значений f; ; , соответствующих максимуму определителя и, следовательно, параметрам сигнала U_c2. Если длительность излучения сигнала меньше заданного интервала _зад, то запись этих значений в запоминающее устройство постоянно излучающих радиоэлектронных средств 13 не призводится.

Пусть в момент времени t₃ количество сигналов на входе антенной системы 1 уменьшилось на один. При этом разностная КМС на выходе вычитающего устройства 5 (являющая нулевой до момента времени t₃ то есть пока количество сигналов, воздействующих на антенную систему 1, не изменялось) становится ненулевой и отрицательной. Далее, по аналогии с вышеописанным, производится вычисление и запись параметров сигнала радиоэлектронного средства, прекратившего излучение ( _j, _j и _j) в запоминающее устройство 11. Появление сигнала (в данном случае отрицательного уровня) на выходе блока определения знака корреляционной матрицы 6 является сигналом для устройства управления 16 на инициирование операции сравнения азимута _j, угла места _j и частоты f_j исчезнувшего сигнала с параметрами сигналов, хранящихся в запоминающем устройстве 12, проводимой способом, аналогичным выше описанному. Результаты сравнения и учета погрешности оценивания поступают в устройство управления 16, после чего оно производит очистку ячейки запоминающего устройства 12, в которой хранились данные об исчезнувшем сигнале радиоэлектронного средства.

Пусть в момент времени t₄ количество сигналов на входе антенной системы 1 увеличилось на один. Если после проведения операций, аналогичных вышеописанным, по результатам сравнения азимутов _q и углов места _q окажется, что модули их разностей _q и _q не превышают заданных доверительных интервалов и , то обнаруженный сигнал принадлежит радиоэлектронному средству, ранее сменившему рабочую частоту, после чего устройство управления 12 производит очистку соответствующей ячейки запоминающего устройства 11, в которой хранились значения азимута, угла места и предыдущей рабочей частоты этого радиоэлектронного средства.

После появления сигнала U_c3 с формированные блоком взаимной КМС 4 сигналы для текущих сочетаний значений f; ; в случае приближения этих значений к значениям соответствующих параметров сигнала U_c3 напряжение U_БО на выходе блока определителя взаимной КМС 7 увеличивается. В момент, когда оно достигает своего максимального значения, блок определения максимума определителя взаимной КМС 10 формирует сигнал U _БОМ в устройство управления 16 о наличии излучающего радиоэлектронного средства, и в блок определения частотных и пространственных параметров сигналов 9 для записи в блок регистров 28 сочетаний значений f; ; , соответствующих максимуму определителя и, следовательно, параметрам сигнала U_c3. Если длительность излучения сигнала больше заданного интервала _зад, то в момент t₅ по команде устройства управления 16 производится запись этих значений в запоминающее устройство постоянно излучающих радиоэлектронных средств 13. При этом устройство управления 16 инициирует операции сравнения азимута _q, угла места _q и частоты f_q сигнала U_c3 с параметрами сигналов, хранящихся в запоминающем устройстве 12. Результаты сравнения и учета погрешности оценивания поступают в устройство управления 16, после чего оно производит очистку ячейки запоминающего устройства 12.

Заявляемый способ обеспечивает расширение функциональных возможностей прототипа за счет автоматического решения задач радиоразведки, связанных с обнаружением непрерывно работающих радиоэлектронных средств.

Предлагаемый способ обнаружения радиоэлектронных средств является универсальным и может быть реализован как в технике радиоподавления радиосвязи, так и в средствах радиомониторинга, обеспечивает существенное сокращение временных затрат на обнаружение непрерывно работающих радиоэлектронных средств по сравнению с аналогами за счет реализации беспоискового обнаружения сигналов и пеленгования их источников и повышает оперативность постановки помех радиоэлектронным средствам, назначенным на радиоподавление.