Способ определения координат источников радиоизлучений и система для его реализации

Изобретение относится к области радиолокации, в частности, к пассивным угломерно-разностно-дальномерным методам определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения координат источников радиоизлучений, основанный на приеме излучений разнесенными в пространстве периферийными пунктами приема (ППП) и центральным приемным пунктом (ЦПП), при этом ППП с ЦПП связаны командными линиями связи и линиями ретрансляции сигнала, причем по командным линиям связи с ЦПП на ППП передаются команды настройки на частоту сигнала источника радиоизлучений, а по линиям ретрансляции принятые ППП сигналы ИРИ передаются на ЦПП, где производится дополнительная обработка ретранслированных сигналов, измерение разностей времени распространения сигналов от ИРИ до ППП и от ИРИ до ЦПП и расчет координат источника радиоизлучения [см., например, патент RU 2568104, С1, МПК G01S 3/00 (2006.01). Опубл. 10.11.2015 г., бюл. №31].

Известна система, реализующая известный способ, которая состоит, по меньшей мере, из N≥3 периферийных пунктов приема, каждый из которых содержит последовательно соединенные приемную антенну и радиоприемное устройство для приема сигнала ИРИ, радиопередающее устройство и передающую антенну для ретрансляции сигнала ИРИ, а также центрального пункта приема, содержащего N последовательно соединенных приемных антенн и радиоприемных устройств для приема ретранслированных сигналов ИРИ, последовательно соединенные приемную антенну и радиоприемное устройство для приема сигналов ИРИ, центральный блок обработки, имеющий N+1 входов, при этом каждый n-й вход соединен с выходом соответствующего радиоприемного устройства для приема ретранслированных сигналов ИРИ, a N+1 вход - с выходом радиоприемного устройства для приема сигналов источника радиоизлучения.

Каждый из периферийных пунктов приема сигнала ИРИ представляет совокупность устройств, выделяющих радиосигналы от ИРИ на фоне помех, а также устройств, организующих линии ретрансляции сигналов.

Центральный пункт приема представляет совокупность устройств, выделяющих радиосигналы от ИРИ на фоне помех, а также устройств, предназначенных для выделения полезной информации о параметрах ИРИ путем совместной обработки радиосигналов и расчета координат ИРИ.

Структурная схема известной системы в составе трех ППП и одного ЦПП приведена на фиг. 1 описания патента RU 2568104, С1, МПК G01S 3/00 (2006.01). Опубл. 10.11.2015 г., бюл. №31.

Недостатком как известного способа определения координат источников радиоизлучений, так и системы, его реализующей, является наличие, по меньшей мере, трех периферийных пунктов приема сигналов ИРИ.

Техническим результатом изобретения является сокращение числа ППП за счет измерения пеленга ИРИ на ЦПП.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения координат источника радиоизлучений, основанном на приеме излучений разнесенными в пространстве периферийными пунктами приема и центральным приемным пунктом, при этом ППП с ЦПП связаны командными линиями связи и линиями ретрансляции сигнала, причем по командным линиям связи с ЦПП на ППП передаются команды настройки на частоту и полосу сигнала источника радиоизлучений, а по линиям ретрансляции принятые ППП сигналы ИРИ передаются на ЦПП, где производится дополнительная обработка ретранслированных сигналов, измерение разностей времени приема этих сигналов ППП, ЦПП и расчет координат ИРИ, согласно изобретению, на ЦПП дополнительно измеряют пеленг на ИРИ, параметры сигналов источников радиоизлучений, обнаруженных на этом пеленге, передают на ППП, где принимают сигналы в частотном диапазоне работы ИРИ, обнаруженные сигналы ретранслируют на ЦПП, вычисляют модуль взаимной корреляционной функции сигналов, поступивших с ППП, и сигналов, обнаруженных ЦПП на измеренном пеленге, и при превышении величиной модуля корреляционной функции заданного порога определяют разность времени распространения сигналов от ИРИ до ЦПП и времени распространения сигналов от ИРИ до ППП, а координаты ИРИ определяют как координаты точки пересечения двух линий положения - гиперболы, определяемой рассчитанной разностью времени распространения сигналов, и измеренного пеленга на источник радиоизлучения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе определения координат источника радиоизлучений, состоящей из ППП в составе последовательно соединенных приемной антенны, радиоприемного устройства для приема сигналов ИРИ, радиопередающего устройства и передающей антенны для ретрансляции сигнала ИРИ, а также центрального пункта приема в составе последовательно соединенных приемной антенны и радиоприемного устройства ретранслированных сигналов ИРИ, последовательно соединенных приемной антенны и радиоприемного устройства для приема сигналов ИРИ, а также центрального блока обработки, согласно изобретению, приемная антенна сигналов ИРИ ЦПП выполнена узконаправленной, а в состав ЦПП дополнительно введены блок определения пеленга и корреляционный обнаружитель ретранслированных сигналов, первый вход которого объединен со вторым входом центрального блока обработки и со входом блока определения пеленга, а второй вход соединен с выходом радиоприемного устройства ретранслированных сигналов ИРИ, при этом выход блока определения пеленга соединен с первым входом, а выход корреляционного обнаружителя ретранслированных сигналов - с третьим входом центрального блока обработки, соответственно.

Сущность изобретения «объект - способ» заключается в том, что на ЦПП дополнительно измеряют пеленг на ИРИ, параметры сигналов источников радиоизлучений, обнаруженных на этом пеленге, передают на ППП, где принимают сигналы в частотном диапазоне работы ИРИ, обнаруженные сигналы ретранслируют на ЦПП, вычисляют модуль взаимной корреляционной функции сигналов, поступивших с ППП, и сигналов, обнаруженных на ЦПП на измеренном пеленге, и при превышении величиной модуля корреляционной функции заданного порога определяют разность времени распространения сигналов от ИРИ до ЦПП и времени распространения сигнала от ИРИ до ППП, а координаты ИРИ определяют как координаты точки пересечения двух линий положения - гиперболы, определяемой рассчитанной разностью времени распространения сигналов, и измеренного пеленга на ИРИ.

Сущность изобретения «объект - устройство» заключается в том, что приемная антенна сигналов ИРИ ЦПП выполнена узконаправленной, а в состав ЦПП дополнительно введены блок определения пеленга и корреляционный обнаружитель ретранслированных сигналов, первый вход которого объединен со вторым входом центрального блока обработки и со входом блока определения пеленга, второй вход соединен с выходом радиоприемного устройства ретранслированных сигналов ИРИ центрального пункта приема, при этом выход блока определения пеленга соединен с первым входом, а выход корреляционного обнаружителя ретранслированных сигналов - с третьим входом центрального блока обработки, соответственно.

Прием сигналов ИРИ на ППП антенной с широкой диаграммой направленностью, а на ЦПП - сканирующей антенной с узкой диаграммой направленностью, как показано в статье [Саркисьян А.П., Лихачев В.П. Способ определения местоположения носителя бортового обзорного радара при двухпозиционной пассивной локации / Радиолокация, навигация, связь: Труды XX Международной научно-технической конференции, Воронеж.: НПФ «Саквоее», 2014, с. 1760-1765] обеспечивает возможность двухпозиционного определения координат источника радиоизлучения за счет измерения пеленга на ИРИ на ЦПП. Для этого определяют разность времени приема сигналов на ППП и ЦПП, рассчитывают линию положения - гиперболу и определяют координаты ИРИ, как координаты точки пересечения гиперболы с измеренным пеленгом, в соответствии с выражениями (14) и (15).

Антенна с узкой диаграммой направленности обеспечивает пространственную селекцию целей и, тем самым, уменьшение в принятом сигнале количества мешающих сигналов. Этим обеспечивается высокое отношение сигнал/шум на выходе приемного устройства и, как следствие, высокая вероятность обнаружения сигнала, точность измерения его параметров (несущая частота, длительность импульса, ширина спектра) и времени приема.

Применение на ППП приемной антенны с широкой диаграммой направленности приводит (из-за низкого коэффициента усиления) к уменьшению отношение сигнал/шум на выходе приемника, что эквивалентно снижению вероятности обнаружения и точности определения времени приема сигналов. Кроме того, при наличии на одном и том же пеленге нескольких ИРИ на разных дальностях возникают ошибки в определении разности времени приема сигналов из-за неоднозначности идентификации ИРИ. Для исключения этих отрицательных факторов, согласно изобретению, с ЦПП на ППП передают частоту и ширину спектра только тех сигналов, которые обнаружены на заданном пеленге, а на ППП принимают сигналы в частотном диапазоне работы ИРИ и ретранслируют на ЦПП только сигналы, обнаруженные в заданном частотном диапазоне работы ИРИ. На ЦПП определяют разность времени приема сигналов аналогично прототипу, но с тем отличием, что в качестве опорных используются только сигналы на заданном пеленге. Следовательно, взаимная корреляционная функция будет выше порога, если на обоих приемных пунктах будут приняты сигналы от одного и того же источника радиоизлучений, а точка пересечения гиперболы, рассчитанной в соответствии с этой разностью времени, и измеренного пеленга будет являться точкой нахождения ИРИ.

Таким образом, в предложенном способе определения координат ИРИ за счет определения пеленга на ИРИ и принятия в качестве опорных (при вычислении взаимной корреляционной функции) только сигналов от ИРИ, находящихся на измеренном пеленге, обеспечивается указанный в изобретении технический результат.

Вариант построения системы определения координат источников радиоизлучений приведен на фигуре, где обозначены: 1 - периферийный пункт приема, 2 - центральный приемный пункт, 3 - приемная антенна сигналов ИРИ, 4 - радиоприемное устройство сигналов ИРИ, 5 - радиопередающее устройство сигналов ИРИ, 6 - передающая антенна для ретрансляции сигналов ИРИ, 7 - приемная антенна ретранслированных сигналов ИРИ, 8 - радиоприемное устройство ретранслированных сигналов ИРИ, 9 - узконаправленная приемная антенна сигналов ИРИ, 10 - радиоприемное устройство сигналов ИРИ, 11 - блок определения пеленга; 12 - корреляционный обнаружитель ретранслированных сигналов, 13 - центральный блок обработки, 14 - командная линия связи. Назначение элементов ясно из их названий.

Блок определения пеленга 11 может быть реализован любым известным методом [см., например, URL, https://studopedia.ru/9_67333_obshchie-svedeniya-o-radiolokatsii-printsipi-radiolokatsionnogo-obnaruzheniya-tseley.html. Дата обращ. 01.04.2019 г.].

Корреляционный обнаружитель ретранслированных сигналов 12 предназначен для обнаружения сигнала, принятого на ППП от ИРИ, находящегося на измеренном на ЦПП пеленге. Он может быть выполнен, например, по схеме обнаружителя, описанного в [см., например, патент RU 2501030, С2, МПК G01S 3/802 (2006.01). Опубл. 10.12.2013 г., бюл. №34]. Наличие сигнала на выходе обнаружителя говорит о том, что эти сигналы на приемных пунктах приняты от одного и того же источника радиоизлучения, пеленг которого измерен на ЦПП. В центральном блоке обработки 13 расчет линии положения - гиперболы проводится по разности времени распространения именно этих сигналов. Разность времени приема сигналов определяют по методике, описанной в прототипе [патент RU 2568104, С1, МПК G01S 3/00 (2006.01). Опубл. 10.11.2015 г., бюл. №31]. Координаты ИРИ рассчитываются как координаты точки пересечения двух линий положения - гиперболы, рассчитанной в соответствии с разностью времени распространения сигналов от ИРИ до ППП и времени распространения сигналов от ИРИ до ЦПП, и измеренного пеленга ИРИ. Устройство расчета координат ИРИ в составе центрального блока обработки 13 может быть выполнено, например, на базе микроконтроллеров серии PIC [см., например, URL, https://ru.wikipedia.org/wiki/PIC. Дата обращ. 01.04.2019 г.] со специальной программой, разработанной с использованием методики [Саркисьян А.П., Лихачев В.П. Способ определения местоположения носителя бортового обзорного радара при двухпозиционной пассивной локации / Радиолокация, навигация, связь: Труды XX Международной научно-технической конференции, Воронеж.: НПФ «Саквоее», 2014, с. 1760-1765].

Устройство работает следующим образом. Центральный приемный пункт 2 производит обзор пространства с помощью узконаправленной приемной антенны 9 и обнаруженные приемным устройством 10 сигналы ИРИ поступают на второй вход центрального блока обработки 13 и в блок определения пеленга 11. В центральном блоке обработки 13 определяют параметры сигналов. Значение частоты и ширины спектра сигналов по линии связи 14 передают на ППП. Периферийный пункт приема 1 производит обзор пространства ненаправленной приемной антенной 3 и осуществляет прием сигналов. Все принятые приемной антенной 3 сигналы фильтруются в приемном устройстве 4, в соответствии с заданной ЦПП 2 частотой, и ретранслируются передающим устройством 5 и передающей антенной 6 на центральный приемный пункт. Ретранслированные сигналы, принятые приемной антенной 7, с выхода приемного устройства ретранслированных сигналов 8 поступают на четвертый вход центрального блока обработки 13 и на второй вход корреляционного обнаружителя 12, на первый вход которого поступает сигнал с выхода приемного устройства сигналов 10. При наличии сигнала на выходе корреляционного обнаружителя 12 для этих сигналов в центральном блоке обработки 13 определяют разность времени их распространения от ИРИ до периферийного пункта приема и от ИРИ до центрального приемного пункта и рассчитывают линию положения - гиперболу и далее координаты источника радиоизлучения, как координаты точки пересечения гиперболы и пеленга.