[go: up one dir, main page]

RU2716006C2 - Method for remote detection and tracking of radio silent objects - Google Patents

Method for remote detection and tracking of radio silent objects Download PDF

Info

Publication number
RU2716006C2
RU2716006C2 RU2018109031A RU2018109031A RU2716006C2 RU 2716006 C2 RU2716006 C2 RU 2716006C2 RU 2018109031 A RU2018109031 A RU 2018109031A RU 2018109031 A RU2018109031 A RU 2018109031A RU 2716006 C2 RU2716006 C2 RU 2716006C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
radio
frequency
matrix
Prior art date
Application number
RU2018109031A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018109031A (en
RU2018109031A3 (en
Inventor
Валерий Николаевич Шевченко
Игорь Владимирович Донец
Яков Аронович Рейзенкинд
Original Assignee
Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент") filed Critical Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент")
Priority to RU2018109031A priority Critical patent/RU2716006C2/en
Publication of RU2018109031A publication Critical patent/RU2018109031A/en
Publication of RU2018109031A3 publication Critical patent/RU2018109031A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2716006C2 publication Critical patent/RU2716006C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/46Indirect determination of position data
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/46Indirect determination of position data
    • G01S13/48Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/5242Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi with means for platform motion or scan motion compensation, e.g. airborne MTI
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/53Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • G01S13/532Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar using a bank of range gates or a memory matrix
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/021Auxiliary means for detecting or identifying radar signals or the like, e.g. radar jamming signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28Details of pulse systems
    • G01S7/285Receivers
    • G01S7/292Extracting wanted echo-signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in control systems of ground, sea and air space using direct and scattered radio signals emitted by multiple uncontrolled and controlled transmitters of radioelectronic systems for various purposes. Higher sensitivity is achieved by using new operations of masking interference compensation and coherent generation at each expected frequency of Doppler shift elements of three-dimensional space-frequency-time image from signals of all antennas of the array and their combination into a resultant image, instead of operations of incoherent summation of a set of two-dimensional frequency-time images formed from signals of separate antennae.
EFFECT: technical result is high sensitivity when detecting and tracking radio silent objects.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.The invention relates to radio engineering and can be used in monitoring systems of land, sea and air space using direct and scattered objects of radio signals emitted by many uncontrolled and monitored transmitters of electronic systems for various purposes.

Технология скрытного дистанционного контроля подвижных объектов, использующая естественный радиоподсвет целей, создаваемый на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения, пока еще не получила достаточного распространения, несмотря на то, что может существенно повысить скрытность и эффективность обнаружения, пространственной локализации и сопровождения широкого класса радиомолчащих подвижных объектов.The technology of covert remote monitoring of moving objects, using natural radio illumination of targets created at multiple frequencies by radio emissions from transmitters for various purposes, has not yet received wide distribution, despite the fact that it can significantly increase the stealth and efficiency of detection, spatial localization and tracking of a wide class of radio-silent moving objects .

Известен способ дистанционного обнаружения и сопровождения радиомолчащих объектов [1], заключающийся в том, что выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы, которые объединяют в матричный цифровой сигнал, матричный цифровой сигнал запоминают и преобразуют в сигнал пространственной корреляционной матрицы, который совместно с зависящим от азимутально-угломестного направления приема прямого радиосигнала, длины волны и геометрии решетки сигналом вектора наведения преобразуют в сигнал оптимального весового вектора, который совместно с матричным цифровым сигналом преобразуют в прямой цифровой сигнал, который запоминают, формируют и запоминают зависящие от временного сдвига комплексные взаимно корреляционные функции (ВКФ) между цифровым сигналом отдельной антенны и прямым цифровым сигналом, определяют максимальное значение модуля каждой комплексной ВКФ и фиксируют соответствующие этим максимумам значения комплексной ВКФ, вычисляют разностные цифровые сигналы, формируют зависящие от временного и частотного сдвигов комплексные двумерные взаимно корреляционные функции (ДВКФ) между каждым разностным цифровым сигналом и прямым цифровым сигналом, усредняют модули комплексных ДВКФ, определяют по максимумам усредненной ДВКФ число сжатых сигналов и фиксируют значения задержки по времени и абсолютного доплеровского сдвига каждого р-го сжатого сигнала, идентифицируют соответствующие отдельному максимуму усредненной ДВКФ составляющие комплексных ДВКФ как сжатый по времени и частоте р-й сигнал, выделяют и запоминают значения составляющих комплексных ДВКФ, задержки по времени и абсолютного доплеровского сдвига каждого р-го сжатого сигнала, по выделенным значениям р-ых идентифицированных составляющих комплексных ДВКФ синтезируют комплексный двумерный угловой спектр, по максимумам модуля которого определяют азимутально-угломестное направление прихода р-го сжатого сигнала, по значениям задержки и абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления прихода обнаруживают и определяют пространственные координаты подвижных объектов.A known method for remote detection and tracking of radio-silent objects [1], which consists in selecting a transmitter emitting a spread spectrum radio signal, synchronously receiving an array of N antennas multi-beam radio signals, including a direct radio signal of the transmitter and scattered objects of the radio signal of this transmitter, synchronously transform the received antennas radio signals into digital signals, which are combined into a matrix digital signal, the matrix digital signal is stored and converted into a spatial signal a correlation matrix, which, together with the azimuthal elevation direction of the direct radio signal, wavelength and lattice geometry, the guidance vector signal is converted into an optimal weight vector signal, which, together with the matrix digital signal, is converted into a direct digital signal that is stored, generated and stored time-shift-dependent complex cross-correlation functions (CCFs) between the digital signal of an individual antenna and the direct digital signal determine the max the absolute value of the module of each complex VKF and fix the values of the complex VKF corresponding to these maxima, calculate the difference digital signals, form complex two-dimensional cross-correlation functions (DKKF) depending on the time and frequency shifts between each difference digital signal and the direct digital signal, average the modules of the complex DVKF, average determine the maximum of the number of compressed signals from the maxima of the averaged DKFF and fix the values of the time delay and absolute Doppler shift of each p-th compressed of the signal, identify the components of the complex DVKF corresponding to the individual maximum of the averaged DKFF as the pth signal compressed in time and frequency, extract and store the values of the components of the complex DKFF, the time delay and the absolute Doppler shift of each pth compressed signal, according to the selected values of p of the identified components of complex DCFs synthesize a complex two-dimensional angular spectrum, the maximum modulus of which determines the azimuth-elevation direction of arrival of the p-th compressed signal , based on the values of delay and absolute Doppler shift and azimuthal elevation direction of arrival, spatial coordinates of moving objects are detected and determined.

Данный способ содержит операции формирования классической двумерной взаимной корреляционной функции, которая, кроме основного лепестка, ширина которого ограничивает разрешающую способность обнаружения, содержит высокие боковые лепестки, маскирующие сигналы далеких и слабо рассеивающих объектов.This method includes the operation of forming a classical two-dimensional cross-correlation function, which, in addition to the main lobe, the width of which limits the resolution of detection, contains high side lobes masking the signals of distant and weakly scattering objects.

Более эффективным является способ дистанционного обнаружения и сопровождения радиомолчащих объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:More effective is the method of remote detection and tracking of radio-silent objects [2], free from this drawback and selected as a prototype. According to this method:

выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром;selecting a transmitter emitting a spread spectrum radio signal;

синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика;at the same time, with the array of N antennas, multibeam radio signals are received, including the direct radio signal of the transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by the objects;

синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы sn, где n - номер антенны, которые запоминают и объединяют в цифровой матричный сигнал

Figure 00000001
из которого формируют цифровой прямой сигнал s',synchronously, the radio signals received by the antennas are converted into digital signals s n , where n is the number of the antenna that is stored and combined into a digital matrix signal
Figure 00000001
from which form a digital direct signal s',

преобразуют прямой сигнал s' в многочастотный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А, включающий гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными объектами в ожидаемых областях доплеровских частот и задержек, запоминают матричный сигнал А;convert the direct signal s' into a multi-frequency matrix signal of the complex phasing function A, including hypothetical signals scattered by potential objects in the expected areas of Doppler frequencies and delays, store the matrix signal A;

преобразуют сигнал отдельной антенны sn в сигнал комплексного частотно-временного изображения

Figure 00000002
где
Figure 00000003
- матрица, эрмитово сопряженная с А;convert the signal of an individual antenna s n into a signal of a complex time-frequency image
Figure 00000002
Where
Figure 00000003
- a matrix Hermitian conjugate to A;

сигнал

Figure 00000004
запоминают и используют в качестве начального приближения, а также итерационно формируют зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000005
Figure 00000006
- z-й элемент вектора
Figure 00000007
k=1, 2, … - номер итерации, и сигнал очередного приближения комплексного частотно-временного изображения
Figure 00000008
где λ - множитель Лагранжа, до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K;signal
Figure 00000004
remember and use as an initial approximation, and also iteratively form an auxiliary matrix signal depending on the previous solution
Figure 00000005
Figure 00000006
is the zth element of the vector
Figure 00000007
k = 1, 2, ... is the iteration number, and the next approximation signal of the complex time-frequency image
Figure 00000008
where λ is the Lagrange multiplier, until the current iteration number exceeds a given threshold K;

после чего усредняют модули текущих частотно-временных изображений отдельных антенн

Figure 00000009
then the modules of the current time-frequency images of individual antennas are averaged
Figure 00000009

по локальным максимумам усредненного частотно-временного изображения

Figure 00000010
z=1, ……, Z, где Z - число элементов изображения, определяют число рассеянных радиосигналов и фиксируют значения временной задержки и доплеровского сдвига каждого р-го рассеянного радиосигнала;by local maxima of the averaged time-frequency image
Figure 00000010
z = 1, ........ Z, where Z is the number of image elements, the number of scattered radio signals is determined and the values of the time delay and Doppler shift of each p-th scattered radio signal are fixed;

идентифицируют соответствующие отдельному максимуму усредненного изображения

Figure 00000011
элементы
Figure 00000012
комплексных частотно-временных изображений
Figure 00000013
как составляющие р-го рассеянного радиосигнала;identify the corresponding individual maximum averaged image
Figure 00000011
the elements
Figure 00000012
integrated time-frequency images
Figure 00000013
as components of the p-th scattered radio signal;

выделяют и запоминают значения идентифицированных составляющих

Figure 00000014
по которым синтезируют комплексный угловой спектр, по максимумам модуля которого определяют азимутально-угломестное направление прихода р-го рассеянного сигнала, по значениям временной задержки, доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления прихода обнаруживают и определяют пространственные координаты подвижных объектов.identify and remember the values of the identified components
Figure 00000014
using which a complex angular spectrum is synthesized, the maximum modulus of which determines the azimuthal elevation direction of arrival of the pth scattered signal, and the spatial coordinates of moving objects are detected and determined by the values of time delay, Doppler shift and azimuthal elevation direction of arrival.

Способ-прототип обеспечивает обнаружение и пространственную локализацию радиомолчащих объектов с повышенной разрешающей способностью и увеличенным динамическим диапазоном.The prototype method provides for the detection and spatial localization of radio-silent objects with high resolution and increased dynamic range.

Однако, у способа-прототипа на этапе обнаружения применяются операции некогерентного суммирования сигналов двумерных частотно-временных изображений, когерентно сформированных из сигналов отдельных антенн решетки. Другими словами, у способа-прототипа на этапе обнаружения не используется пространственная избирательность, характерная для случая когерентного суммирования сигналов всех антенн в антенных решетках, что приводит к следующим недостаткам способа-прототипа:However, in the prototype method, incoherent summation of two-dimensional time-frequency image signals coherently formed from the signals of individual antenna arrays is used at the detection stage. In other words, the prototype method does not use spatial selectivity at the detection stage, which is typical for the case of coherent summation of the signals of all antennas in antenna arrays, which leads to the following disadvantages of the prototype method:

- потере чувствительности на 3 дБ при обнаружении, измерении пространственных координат и сопровождении объектов в условиях некоррелированности шумов и помех;- loss of sensitivity by 3 dB when detecting, measuring spatial coordinates and tracking objects in conditions of uncorrelated noise and interference;

- дополнительному снижению чувствительности при наличии расположенных в окружающем пространстве источников коррелированных помех (например, сигналов передатчиков, частоты радиоизлучений которых совпадают с частотой приема рассеянных объектами сигналов).- an additional reduction in sensitivity in the presence of sources of correlated interference located in the surrounding space (for example, transmitter signals whose radio frequency coincides with the frequency of reception of signals scattered by objects).

Кроме того, у способа-прототипа отсутствуют операции компенсации прямого сигнала подсвета и рассеянных стационарными объектами сигналов. Как следствие, прямой сигнал и рассеянные стационарными объектами сигналы маскируют эхо-сигналы малоразмерных низкоскоростных объектов, что дополнительно ограничивает чувствительность и, как следствие, дальность при их обнаружении и сопровождении.In addition, the prototype method has no compensation operation for the direct backlight signal and signals scattered by stationary objects. As a result, the direct signal and the signals scattered by stationary objects mask the echo signals of small-sized low-speed objects, which further limits the sensitivity and, as a result, the range when they are detected and tracked.

Таким образом, недостатком способа-прототипа является ограниченная чувствительность при обнаружении и сопровождении радиомолчащих объектов.Thus, the disadvantage of the prototype method is the limited sensitivity in the detection and tracking of radio-silent objects.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности при обнаружении и сопровождении радиомолчащих объектов.The technical result of the invention is to increase the sensitivity in the detection and tracking of radio-silent objects.

Повышение чувствительности достигается за счет применения новых операций:Increased sensitivity is achieved through the use of new operations:

- компенсации помех, маскирующих эхо-сигналы объектов;- compensation of interference masking the echo signals of objects;

- когерентного формирования на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига элементов трехмерного пространственно-частотно-временного изображения из сигналов всех антенн решетки вместо формирования из сигналов отдельных антенн совокупности двумерных частотно-временных изображений и последующего их некогерентного суммирования.- coherent formation at each expected frequency of the Doppler shift of the elements of a three-dimensional spatial-frequency-time image from the signals of all the antennas of the array instead of forming from the signals of the individual antennas a combination of two-dimensional frequency-time images and their subsequent incoherent summation.

Технический результат достигается тем, что в способе дистанционного обнаружения и сопровождения радиомолчащих объектов, заключающемся в том, что выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы sn, где n - номер антенны, которые запоминают и объединяют в цифровой матричный сигнал

Figure 00000015
из которого формируют цифровой прямой сигнал s', согласно изобретению, преобразуют прямой сигнал s' в одночастотные матричные сигналы комплексной фазирующей функции Аω, каждый из которых включает гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными подвижными и стационарными объектами в ожидаемых областях задержек и угловых направлений на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига ω, матричные сигналы Аω запоминают, объединяют запомненные цифровые сигналы антенн sn в векторный сигнал
Figure 00000016
векторный сигнал s запоминают и преобразуют всигнал элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты
Figure 00000017
где
Figure 00000018
-матрица, эрмитово сопряженная с А0, с использованием сигнала
Figure 00000019
в качестве начального приближения итерационно формируют и запоминают зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000020
где
Figure 00000021
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000022
k=1, 2, … - номер итерации, а также сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного зображения
Figure 00000023
где λ - множитель Лагранжа, и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов векторный сигнал
Figure 00000024
до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, после этого из очищенного векторного сигнала
Figure 00000025
для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω формируют сигнал начального приближения
Figure 00000026
а затем итерационно получают и запоминают вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000027
и сигнал очередного приближения
Figure 00000028
элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, объединяют сформированные сигналы элементов изображения
Figure 00000029
в матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н, после чего по локальным максимумам квадрата модуля матричного сигнала результирующего изображения
Figure 00000030
где
Figure 00000031
компонента матричного сигнала Н, определяют число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям доплеровского сдвига частоты со, временной задержки q и азимутально-угломестного направления приема
Figure 00000032
каждого рассеянного радиосигнала выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов. Операции способа поясняются чертежом.The technical result is achieved by the fact that in the method of remote detection and tracking of radio-silent objects, which consists in selecting a transmitter emitting a spread spectrum radio signal, synchronously receive an array of N antennas with multi-beam radio signals including a direct radio signal of the transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by objects, synchronously convert the radio signals received by the antennas into digital signals s n , where n is the number of the antenna that is stored and combined into a digital matrix signal
Figure 00000015
from which the digital direct signal s 'is formed, according to the invention, the direct signal s' is converted into single-frequency matrix signals of the complex phasing function A ω , each of which includes hypothetical signals scattered by potential moving and stationary objects in the expected areas of delays and angular directions at each expected the frequency of the Doppler shift ω, the matrix signals A ω are stored, the stored digital signals of the antennas s n are combined into a vector signal
Figure 00000016
the vector signal s is stored and converted into the signal of an element of a complex spatial-frequency-time-image for a zero value of ω = 0 Doppler frequency shift
Figure 00000017
Where
Figure 00000018
matrix, Hermitian conjugate to A 0 , using a signal
Figure 00000019
as an initial approximation, an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is iteratively generated and stored
Figure 00000020
Where
Figure 00000021
- z-th component of the image element vector
Figure 00000022
k = 1, 2, ... is the iteration number, as well as the signal of the next approximation of the element of the complex spatial-frequency-temporal image
Figure 00000023
where λ is the Lagrange multiplier, and the vector signal purified from the direct and scattered by stationary objects signals
Figure 00000024
until the number of the current iteration exceeds the specified threshold K, then from the cleared vector signal
Figure 00000025
for each expected non-zero value of the Doppler frequency shift ω form an initial approximation signal
Figure 00000026
and then iteratively receive and store the auxiliary matrix signal
Figure 00000027
and the signal of the next approach
Figure 00000028
element of a complex spatial-frequency-temporal image until the current iteration number exceeds a predetermined threshold K, the generated image element signals are combined
Figure 00000029
into the matrix signal of the resulting complex spatio-frequency-temporal image H, after which, according to the local maxima of the square of the module square of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000030
Where
Figure 00000031
component of the matrix signal H, determine the number of scattered radio signals, the parameters of which are the values of the Doppler frequency shift ω, time delay q and azimuth-elevation direction of reception
Figure 00000032
each scattered radio signal performs the detection, spatial localization and tracking of objects. The operation of the method is illustrated in the drawing.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные систему приема и предварительной обработки 1, систему моделирования и выбора радиопередатчиков (РПД) 2, вычислительную систему 3 и блок управления и индикации 4.A device in which the proposed method is implemented includes a series-connected reception and preprocessing system 1, a radio transmitter modeling and selection system (RPD) 2, a computer system 3, and a control and indication unit 4.

В свою очередь система приема и предварительной обработки 1 включает антенную решетку 1-1, тракт поиска источников подсвета, включающий преобразователь частоты 1-2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-3 и устройство обнаружения 1-4, а также тракт приема прямых и рассеянных сигналов, включающий преобразователь частоты 1-5, АЦП 1-6 и устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-7. Вычислительная система 3 включает блок синтеза частотно-временного изображения 3-1, блок сравнения 3-2, устройство формирования вспомогательного и взвешивающего сигнала 3-3 и блок формирования сигнала фазирующей функции 3-4. При этом система 2 соединена с входом блока 4, а также имеет интерфейс для соединения с внешней базой РПД. Кроме того, блок 4 имеет выход, предназначенный для подключения к внешним системам. Подсистема 1 является аналогово-цифровым устройством и предназначена для поиска и измерения параметров синхронизации передатчиков подсвета объектов, излучающих радиосигналы с расширенным спектром, а также для адаптивной пространственной фильтрации полезных прямых и рассеянных радиосигналов. Отметим, что после того как параметры синхронизации прямого радиосигнала выбранного передатчика подсвета измерены или когда они априорно известны, прямой радиосигнал передатчика может быть сформирован путем моделирования в системе 2.In turn, the reception and pre-processing system 1 includes an antenna array 1-1, a path for searching for illumination sources, including a frequency converter 1-2, an analog-to-digital converter (ADC) 1-3 and a detection device 1-4, as well as a direct path and scattered signals, including a frequency converter 1-5, ADC 1-6 and adaptive spatial filtering 1-7. Computing system 3 includes a time-frequency image synthesis unit 3-1, a comparison unit 3-2, a device for generating an auxiliary and weighting signal 3-3, and a signal generating unit for the phasing function 3-4. In this case, system 2 is connected to the input of block 4, and also has an interface for connecting to an external RPD base. In addition, block 4 has an output intended for connection to external systems. Subsystem 1 is an analog-to-digital device and is designed to search and measure the synchronization parameters of backlight transmitters for objects emitting spread-spectrum radio signals, as well as for adaptive spatial filtering of useful direct and scattered radio signals. Note that after the synchronization parameters of the direct radio signal of the selected backlight transmitter are measured or when they are a priori known, the direct radio signal of the transmitter can be generated by modeling in system 2.

Антенная решетка 1-1 состоит из N антенн с номерами

Figure 00000033
Пространственная конфигурация антенной решетки должна обеспечивать измерение азимутально-угломестного направления прихода радиосигналов и может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности, конформной. Для улучшения различения сигналов не только по пространству, но и по поляризации требуется существенное различие поляризационных откликов антенн решетки, то есть антенная решетка должна быть неоднородной (гетерогенной), иметь антенные элементы с отличающимися векторными диаграммами направленности. Преобразователи частоты 1-2 и 1-5 являются N- канальными, выполнены с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, изменяемой в соответствии с шириной спектра принимаемого радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов. АЦП 1-3 и 1-6 также являются N-канальными и синхронизированы сигналом одного опорного генератора (для упрощения опорный генератор на схеме не показан). Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, то вместо преобразователей частоты 1-2 и 1-5 могут использоваться частотно избирательные полосовые фильтры и усилители. Кроме этого, преобразователи частоты 1-2 и 1-5 обеспечивают подключение одной из антенн вместо всех антенн решетки для периодической калибровки приемных каналов по внешнему источнику сигнала. Возможна калибровка с использованием внутреннего генератора, выход которого также подключается вместо всех антенн для периодической калибровки каналов. Устройство обнаружения 1-4 и устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-7 представляют собой вычислительные устройства. Подсистема 2 является вычислительным устройством и предназначена для идентификации, отбора и периодического обновления рабочего списка передатчиков радиосигналов с расширенным спектром, используемых для подсвета заданной области контролируемого пространства, а также для формирования модельных сигналов выбранных передатчиков. Вычислительная система 3 предназначена для формирования сигнала фазирующей функции (блок 3-4), формирования вспомогательного и взвешивающего сигналов (устройство 3-3), сравнения числа итераций с заданным порогом (блок 3-2) и синтеза пространственно-частотно-временного изображения (блок 3-1).Antenna array 1-1 consists of N antennas with numbers
Figure 00000033
The spatial configuration of the antenna array should provide the measurement of the azimuthal elevation direction of arrival of radio signals and can be of any spatial configuration: flat rectangular, flat circular or surround, in particular conformal. To improve the distinction of signals not only in space but also in polarization, a significant difference in the polarization responses of the array antennas is required, that is, the antenna array must be heterogeneous (heterogeneous), have antenna elements with different vector radiation patterns. Frequency converters 1-2 and 1-5 are N-channels, made with a common local oscillator and with the bandwidth of each channel, which is changed in accordance with the width of the spectrum of the received radio signal. A common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception. ADC 1-3 and 1-6 are also N-channel and are synchronized by the signal of one reference oscillator (for simplicity, the reference oscillator is not shown in the diagram). If the resolution and speed of the ADC are sufficient for direct analog-to-digital conversion of input signals, then frequency selective bandpass filters and amplifiers can be used instead of frequency converters 1-2 and 1-5. In addition, frequency converters 1-2 and 1-5 provide the connection of one of the antennas instead of all the antennas of the array for periodic calibration of the receiving channels using an external signal source. Calibration is possible using an internal generator, the output of which is also connected instead of all antennas for periodic channel calibration. The detection device 1-4 and the adaptive spatial filtering device 1-7 are computing devices. Subsystem 2 is a computing device and is intended for identification, selection, and periodic updating of the work list of spread spectrum radio transmitters used to highlight a given area of the monitored space, as well as to generate model signals of selected transmitters. Computing system 3 is intended for generating a signal of a phasing function (block 3-4), generating auxiliary and weighting signals (device 3-3), comparing the number of iterations with a given threshold (block 3-2), and synthesizing a spatio-frequency-temporal image (block 3-1).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В системе 2 на основе данных внешней базы радиопередатчиков, а также данных об обнаруженных радиопередатчиках подсвета, поступающих от устройства 1-4, с использованием программных средств моделирования идентифицируется, выбирается и периодически обновляется рабочий список передатчиков, излучающих радиосигналы с расширенным спектром. При моделировании оцениваются возможные зоны покрытия, вероятности обнаружения и достижимые точности локализации и идентификации подвижных объектов различного класса, которые могут быть обеспечены при различных вариантах размещения передатчиков относительно станции обнаружения-пеленгования. Кроме того, в системе 2 регенерируются принятые прямые радиосигналы или формируются модельные сигналы передатчиков с требуемыми параметрами синхронизации.In system 2, based on data from the external base of the radio transmitters, as well as data on detected backlight transmitters from the device 1-4, using the modeling software, a working list of transmitters emitting spread-spectrum radio signals is identified, selected and periodically updated. During the simulation, possible coverage areas, detection probabilities, and achievable localization and identification accuracy of moving objects of various classes, which can be provided with different types of placement of transmitters relative to a detection-direction finding station, are estimated. In addition, in system 2, received direct radio signals are regenerated or model transmitter signals are generated with the required synchronization parameters.

Параметры выбранного множества передатчиков (номер, несущая частота, ширина спектра, его форма, параметры синхронизации и мощность излучаемого сигнала, координаты или расстояние и угловое положение относительно точки приема) запоминаются в подсистеме 2, поступают в блок 4, а также используются для настройки преобразователей 1-2 и 1-5. С целью упрощения, цепи управления преобразователем не показаны.The parameters of the selected set of transmitters (number, carrier frequency, spectral width, its shape, synchronization parameters and emitted signal power, coordinates or distance and angular position relative to the receiving point) are stored in subsystem 2, received in block 4, and also used to configure the converters 1 -2 and 1-5. For simplicity, converter control circuits are not shown.

По сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-2 начинает перестраиваться с заданным темпом в заданном диапазоне частот поиска радиосигналов, например, в диапазоне 10-1000 МГц. При этом тракт поиска осуществляет поиск и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета, излучающих радиосигналы с расширенным спектром, на дискретной сетке частот поиска. Принятый каждым антенным элементом с номером n антенной решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-2. Сформированные в преобразователе 1-2 радиосигналы преобразуется с помощью АЦП 1-3 в цифровые сигналы, которые поступают в устройство обнаружения 1-4, в котором на каждой частоте дискретной сетки частот поиска осуществляется обнаружение и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета. Функционирование устройства обнаружения 1-4 основано на широко известных способах радиоконтроля, например, [3].According to the signals of system 2, the frequency converter 1-2 begins to be tuned at a given pace in a given frequency range of the search for radio signals, for example, in the range of 10-1000 MHz. At the same time, the search path searches and measures the synchronization parameters of the backlight transmitters emitting radio signals with an extended spectrum on a discrete search frequency grid. The time-dependent radio signal received by each antenna element with the number n of the antenna array 1-1 is filtered by frequency and transferred to a lower frequency in converter 1-2. The radio signals generated in the 1-2 converter are converted using ADC 1-3 into digital signals, which are fed to the detection device 1-4, in which, at each frequency of the discrete search frequency grid, the synchronization parameters of the backlight transmitters are detected and measured. The operation of the detection device 1-4 is based on well-known methods of radio monitoring, for example, [3].

Одновременно по сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-5 перестраивается на заданную частоту приема. Тракт приема синхронно принимает на заданной частоте многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал выбранного передатчика с расширенным спектром и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика.At the same time, according to the signals of system 2, the frequency converter 1-5 is tuned to a given reception frequency. The receiving path synchronously receives multipath radio signals at a given frequency, including the direct radio signal of the selected spread spectrum transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by the objects.

Принятый каждым антенным элементом с номером п антенной решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал sn(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-5.The time-dependent radio signal s n (t) received by each antenna element with antenna array number 1-1 is filtered by frequency and transferred to a lower frequency in converter 1-5.

Сформированные в преобразователе 1-5 радиосигналы sn(t) синхронно преобразуются с помощью АЦП 1-6 в цифровые сигналы

Figure 00000034
где
Figure 00000035
- номер временного отсчета сигнала, {}T - означает транспонирование.The radio signals s n (t) generated in the converter 1-5 are synchronously converted by digital converters 1-6 into digital signals
Figure 00000034
Where
Figure 00000035
- the number of the time reference signal, {} T - means transpose.

Цифровые сигналы отдельных антенн sn поступают в устройство 1-7 и в блок 3-1, где запоминаются.The digital signals of the individual antennas s n are supplied to the device 1-7 and to the unit 3-1, where they are stored.

Кроме того, в устройстве 1-7 выполняются следующие действия:In addition, in the device 1-7, the following actions are performed:

- цифровые сигналы отдельных антенн sn объединяются в матричный цифровой сигнал

Figure 00000036
размером N×I;- the digital signals of the individual antennas s n are combined into a matrix digital signal
Figure 00000036
size N × I;

- из матричного цифрового сигнала S формируется N×N сигнал пространственной корреляционной матрицы R;- from the matrix digital signal S, an N × N signal of the spatial correlation matrix R is formed;

- сигнал корреляционной матрицы R преобразуется в N×1 сигнал оптимального весового вектора w=R_1v, где V-N×1 вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением, длиной волны (частотой) прямого радиосигнала и геометрией решетки;- the signal of the correlation matrix R is converted to the N × 1 signal of the optimal weight vector w = R _1 v, where VN × 1 is the guidance vector determined by the azimuthal elevation direction, the wavelength (frequency) of the direct radio signal and the geometry of the lattice;

- преобразуется матричный цифровой сигнал S в прямой цифровой сигнал s'T=wHS.- the matrix digital signal S is converted to a direct digital signal s' T = w H S.

Физически описанные операции адаптивной пространственной фильтрации обеспечивают направленный прием полезного прямого радиосигнала выбранного передатчика подсвета с заданного направления с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений. Отметим, что технически реализуемая глубина подавления помех достигает величины 40 дБ [4]. Это обеспечивает выигрыш в чувствительности при формировании слабых рассеянных сигналов на последующих этапах обработки.The physically described adaptive spatial filtering operations provide directional reception of a useful direct radio signal of a selected backlight transmitter from a given direction while simultaneously suppressing a wide class of interference coming from other directions. Note that the technically feasible interference suppression depth reaches 40 dB [4]. This provides a gain in sensitivity in the formation of weak scattered signals in subsequent processing steps.

Сформированный в устройстве 1-7 прямой цифровой сигнал s' поступает и запоминается в блоке 3-4.Formed in the device 1-7 direct digital signal s' is received and stored in block 3-4.

После этого, в блоке 3-4 цифровой прямой сигнал s' преобразуется в матричные сигналы комплексной фазирующей функции Аω, которые поступают в устройство 3-3, где запоминаются.After that, in block 3-4, the digital direct signal s' is converted into matrix signals of the complex phasing function A ω , which are supplied to the device 3-3, where they are stored.

Преобразование прямого сигнала s' в матричный сигнал Аω осуществляется по следующей формуле:

Figure 00000037
гдеThe conversion of the direct signal s' into a matrix signal A ω is carried out according to the following formula:
Figure 00000037
Where

Figure 00000038
Figure 00000038

- матрица фазирующей функции по угловому направлению размером N×L. Множители

Figure 00000039
учитывают фазовый сдвиг, вызванный различным пространственным расположением антенн решетки (определяемым их радиус-векторами rn), ожидаемым направлением прихода сигнала
Figure 00000040
Figure 00000041
а также отличием диаграмм направленности антенн и их ориентацией. Для ненаправленных антенн справедливо следующее:
Figure 00000042
где
Figure 00000043
- волновой вектор, зависящий от частоты приема и направления прихода сигнала;- the matrix of the phasing function in the angular direction of size N × L. Multipliers
Figure 00000039
take into account the phase shift caused by the different spatial arrangement of the array antennas (determined by their radius vectors r n ), the expected direction of arrival of the signal
Figure 00000040
Figure 00000041
as well as the difference in antenna patterns and their orientation. For omnidirectional antennas, the following applies:
Figure 00000042
Where
Figure 00000043
- wave vector, depending on the frequency of reception and direction of arrival of the signal;

символ

Figure 00000044
обозначает прямое произведение матриц,
Figure 00000045
- векторы размером I×1, являющиеся задержанными по времени на qTs версиями прямого сигнала s'; q=0, …, Q-1, Q - число временных задержек прямого сигнала; Ts - период выборки сигнала;symbol
Figure 00000044
denotes the direct product of matrices,
Figure 00000045
- vectors of size I × 1, which are time delayed by qT s versions of the direct signal s'; q = 0, ..., Q-1, Q is the number of time delays of the direct signal; T s - signal sampling period;

Figure 00000046
Figure 00000046

- матрицы доплеровских сдвигов размером I×I, ω=0, ±1, …, ±Ω, (2Ω+1) - размер координатной сетки по доплеровскому сдвигу. Значения доплеровского сдвига частоты пробегают дискретный ряд значений ω/(ITs).- Doppler shift matrices of size I × I, ω = 0, ± 1, ..., ± Ω, (2Ω + 1) - coordinate grid size by Doppler shift. The values of the Doppler frequency shift run through a discrete series of values of ω / (IT s ).

Таким образом, столбцы матрицы Аω представляют собой задержанные по времени, сдвинутые по частоте доплеровского сдвига и фазированные по направлению версии прямого сигнала s', а размер этой матрицы IN×QL определяется числом отсчетов I в разведываемом сигнале (длительностью интервала наблюдения), числом антенн N, размерами координатной сетки по временному запаздыванию Q и направлению прихода L.Thus, the columns of the matrix A ω are time-delayed, frequency-shifted Doppler shift and phased in the direction of the version of the direct signal s', and the size of this matrix IN × QL is determined by the number of samples I in the reconstructed signal (duration of the observation interval), the number of antennas N, the size of the coordinate grid for the time lag Q and the direction of arrival L.

Кроме того, в устройстве 3-3 из сигнала Аω последовательно вычисляются сигналы

Figure 00000047
и
Figure 00000048
для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты, а также сигналы
Figure 00000049
для всех ненулевых значений ω=±1, …, ±Ω доплеровского сдвига частоты, которые поступают в блок 3-1, где также запоминаются.In addition, in the device 3-3 of the signal And ω sequentially calculated signals
Figure 00000047
and
Figure 00000048
for zero value ω = 0 the Doppler frequency shift, as well as the signals
Figure 00000049
for all nonzero values ω = ± 1, ..., ± Ω of the Doppler frequency shift, which enter block 3-1, where they are also stored.

В блоке 3-1 запомненные цифровые сигналы антенн sn объединяются в векторный сигнал

Figure 00000050
Векторный сигнал s запоминается, а также с использованием сигналов
Figure 00000051
поступивших от блока 3-3, преобразуется в сигнал элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты
Figure 00000052
(вектор с размером QL×1).In block 3-1, the stored digital antenna signals s n are combined into a vector signal
Figure 00000050
The vector signal s is stored as well as using signals
Figure 00000051
received from block 3-3, is converted into a signal of an element of a complex spatial-frequency-time-image for a zero value of ω = 0 Doppler frequency shift
Figure 00000052
(vector with size QL × 1).

Полученный в блоке 3-1 сигнал элемента изображения

Figure 00000053
запоминается в блоке 3-2 в качестве начального приближения и транслируется в устройство 3-3 для запоминания и инициализации очередной итерации с номером k=1.The image element signal received in block 3-1
Figure 00000053
stored in block 3-2 as an initial approximation and transmitted to the device 3-3 for storing and initializing the next iteration with the number k = 1.

В устройстве 3-3 с использованием сигнала элемента изображения, полученного на предыдущей итерации, то есть

Figure 00000054
при k=1, формируется зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000055
где
Figure 00000056
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000057
и взвешивающий сигнал
Figure 00000058
Значение множителя Лагранжа λ выбирают исходя из уровня шумов в каналах приема. Взвешивающий сигнал
Figure 00000059
поступает в блок 3-1.In the device 3-3 using the signal of the image element obtained in the previous iteration, that is
Figure 00000054
at k = 1, an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is formed
Figure 00000055
Where
Figure 00000056
- z-th component of the image element vector
Figure 00000057
and weighting signal
Figure 00000058
The value of the Lagrange multiplier λ is selected based on the noise level in the reception channels. Weighting signal
Figure 00000059
enters block 3-1.

В блоке 3-1 с использованием сигнала

Figure 00000060
и запомненного векторного сигнала s синтезируется сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты
Figure 00000061
и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов векторный сигнал
Figure 00000062
In block 3-1 using a signal
Figure 00000060
and the stored vector signal s, the next approximation signal of the complex spatial-frequency-time-image element is synthesized for a zero value ω = 0 of the Doppler frequency shift
Figure 00000061
and the vector signal purified from direct and scattered by stationary objects signals
Figure 00000062

Сигнал

Figure 00000063
запоминается в блоке 3-1. Сигнал
Figure 00000064
поступает в блок 3-2, где также запоминается для использования на следующей итерации. Кроме того сигнал
Figure 00000065
поступает в устройство 3-3 для запоминания и инициализации очередной итерации синтеза элемента пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения со = 0 доплеровского сдвига частоты и очищенного сигнала.Signal
Figure 00000063
memorized in block 3-1. Signal
Figure 00000064
enters block 3-2, where it is also remembered for use in the next iteration. In addition, the signal
Figure 00000065
enters the device 3-3 for storing and initializing the next iteration of the synthesis of the element of the space-time-frequency image for the zero value co = 0 of the Doppler frequency shift and the cleaned signal.

После чего, в устройстве 3-3, блоках 3-1 и 3-2 выполняется описанная ранее последовательность операций по формированию сигналов

Figure 00000066
Figure 00000067
Figure 00000068
Figure 00000069
запоминанию сигналов
Figure 00000070
а также сравнению номера текущей итерации с заданным порогом K.Then, in the device 3-3, blocks 3-1 and 3-2, the previously described sequence of operations for generating signals is performed
Figure 00000066
Figure 00000067
Figure 00000068
Figure 00000069
signal storage
Figure 00000070
as well as comparing the current iteration number with a given threshold K.

При превышении номером текущей итерации порога K в устройстве 3-3, блоках 3-1 и 3-2 из запомненных сигналов

Figure 00000071
для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω формируется сигнал начального приближения
Figure 00000072
а затем итерационно получаются и запоминаются вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000073
где
Figure 00000074
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000075
и сигнал очередного приближения
Figure 00000076
элемента очищенного комплексного частотно-временного изображения до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K.When the number of the current iteration exceeds the threshold K in the device 3-3, blocks 3-1 and 3-2 of the stored signals
Figure 00000071
for each expected nonzero value of the Doppler frequency shift ω, an initial approximation signal is generated
Figure 00000072
and then the auxiliary matrix signal is iteratively obtained and stored
Figure 00000073
Where
Figure 00000074
- z-th component of the image element vector
Figure 00000075
and the signal of the next approach
Figure 00000076
element of the cleared complex time-frequency image until the current iteration number exceeds a predetermined threshold K.

При превышении номером текущей итерации заданного порога K в блоке 3-1 сформированные сигналы элементов очищенного изображения

Figure 00000077
объединяются в матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н.When the number of the current iteration exceeds the specified threshold K in block 3-1, the generated signals of the elements of the cleared image
Figure 00000077
are combined into a matrix signal of the resulting complex spatial-frequency-temporal image N.

Отметим, что сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н может быть трехмерным при синтезе изображения в координатах " азимут-доплеровский сдвиг частоты-задержка" или четырехмерным при синтезе изображения в координатах "азимут-угол места-доплеровский сдвиг частоты-задержка".Note that the signal of the resulting complex spatial-frequency-time-image H can be three-dimensional when synthesizing an image in the coordinates "azimuth-Doppler frequency shift-delay" or four-dimensional when synthesizing an image in the coordinates "azimuth-elevation-elevation-Doppler frequency-delay".

Объединение сигналов элементов очищенного изображения

Figure 00000078
в матричный сигнал Н осуществляется путем присоединения элементов очищенного изображения
Figure 00000079
друг к другу в порядке убывания или возрастания трех или четырех координат.Combining the signals of the elements of the cleared image
Figure 00000078
in the matrix signal H is carried out by attaching the elements of the cleaned image
Figure 00000079
to each other in descending or ascending order of three or four coordinates.

Например, при фиксированном значении азимутально-угломестного направления приема

Figure 00000080
рассеянного радиосигнала матричный сигнал части результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения
Figure 00000081
формируется в соответствии со следующей формулой:For example, with a fixed azimuthal elevation direction
Figure 00000080
scattered radio signal, a matrix signal of a part of the resulting complex spatial-frequency-time image
Figure 00000081
formed in accordance with the following formula:

Figure 00000082
Figure 00000082

Матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н поступает в блок 4.The matrix signal of the resulting complex spatial-frequency-time-image H is supplied to block 4.

В блоке 4 вычисляются квадраты модулей

Figure 00000083
матричного сигнала результирующего комплексного частотно-временного изображения Н. По локальным максимумам квадратов модулей
Figure 00000084
определяется число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям доплеровского сдвига частоты со, временной задержки q и азимутально-угломестного направления приема
Figure 00000085
каждого рассеянного радиосигнала выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов.In block 4, the squares of the modules are calculated
Figure 00000083
matrix signal of the resulting complex time-frequency image N. By the local maximums of the squares of the modules
Figure 00000084
the number of scattered radio signals is determined, the parameters of which are the values of the Doppler frequency shift ω, time delay q and azimuth-elevation direction of reception
Figure 00000085
each scattered radio signal performs the detection, spatial localization and tracking of objects.

Обнаружение, пространственная локализация и сопровождение объектов осуществляется известными способами, например, [3].Detection, spatial localization and tracking of objects is carried out by known methods, for example, [3].

Кроме того, для повышения информативности в блоке 4 отображаются результаты обнаружения, пространственной локализации и сопровождения объектов.In addition, to increase the information content in block 4, the results of detection, spatial localization and tracking of objects are displayed.

Из приведенного описания следует, что устройство, реализующее предложенный способ, при формировании пространственно-частотно-временных изображений эхо-сигналов объектов осуществляет компенсацию маскирующих помех и многомерную обработку сигналов всех антенн решетки, которая в части пространственной обработки сигналов эквивалентна когерентному формированию суммарной пространственной диаграммы направленности антенной решетки.From the above description, it follows that the device that implements the proposed method, when forming spatio-frequency-time images of the echo signals of objects, compensates for masking interference and multidimensional processing of signals of all the antennas of the array, which in terms of spatial signal processing is equivalent to coherent formation of the total spatial antenna pattern lattice.

Это, по сравнению с реализованной в способе-прототипе некогерентной обработкой сигналов отдельных антенн решетки, повышает, как минимум, на 3 дБ чувствительность в условиях некоррелированности шумов и помех и улучшает помехоустойчивость и помехозащищенность при наличии расположенных в окружающем пространстве источников коррелированных помех. Как следствие, повышается дальность обнаружения и точность сопровождения широкого класса пилотируемых и беспилотных малоразмерных низкоскоростных радиомолчащих объектов.This, in comparison with the incoherent signal processing of individual array antennas implemented in the prototype method, increases the sensitivity by at least 3 dB in conditions of uncorrelated noise and interference and improves noise immunity and noise immunity in the presence of sources of correlated interference located in the surrounding space. As a result, the detection range and tracking accuracy of a wide class of manned and unmanned small-sized low-speed radio-silent objects are increased.

Таким образом, за счет применения новых операций когерентного формирования на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига элементов очищенного от маскирующих помех трехмерного (четырехмерного) пространственно-частотно-временного изображения эхо-сигналов объектов из сигналов всех антенн решетки, вместо операций формирования совокупности двумерных частотно-временных изображений из сигналов отдельных антенн и последующего некогерентного их суммирования, удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.Thus, due to the application of new operations of coherent formation at each expected frequency of the Doppler shift of elements of a three-dimensional (four-dimensional) spatio-frequency-temporal image of echo signals of objects from signals of all antenna arrays cleared of masking interference, instead of the operations of generating a set of two-dimensional frequency-time images of the signals of individual antennas and their subsequent incoherent summation, it is possible to solve the problem with the achievement of the specified technical re result.

Источники информации:Sources of information:

1. RU, патент, 2444754, МПК G01S 13/02, 2012 г.1. RU, patent, 2444754, IPC G01S 13/02, 2012

2. RU, патент, 2524401, МПК G01S 13/02, 2014 г.2. RU, patent, 2524401, IPC G01S 13/02, 2014

3. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей ред. К.Н. Трофимова. Том 4.3. Reference radar. Ed. M. Skolnik. New York, 1970. Transl. from English (in four volumes) under the general ed. K.N. Trofimova. Volume 4

Радиолокационные станции и системы. Под ред. М.М. Вейсбейна, М., "Сов.радио". 1978. 376 с.Radar stations and systems. Ed. M.M. Weisbane, M., Sov.radio. 1978. 376 p.

4. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003 г.4. Ratynsky M.V. Adaptation and superresolution in antenna arrays. M .: Radio and communication. 2003 year

Claims (1)

Способ дистанционного обнаружения и сопровождения радиомолчащих объектов, заключающийся в том, что выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы sn, где n - номер антенны, которые запоминают и объединяют в цифровой матричный сигнал S={s1, …, sn ,…, sN}T, из которого формируют цифровой прямой сигнал s', отличающийся тем, что преобразуют прямой сигнал s' в одночастотные матричные сигналы комплексной фазирующей функции Aω, каждый из которых включает гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными подвижными и стационарными объектами в ожидаемых областях задержек и угловых направлений на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига ω, матричные сигналы Aω запоминают, объединяют запомненные цифровые сигналы антенн sn в векторный сигнал
Figure 00000086
, векторный сигнал s запоминают и преобразуют в сигнал элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты
Figure 00000087
, где
Figure 00000088
- матрица, эрмитово сопряженная с А0, с использованием сигнала
Figure 00000089
в качестве начального приближения итерационно формируют и запоминают зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000090
, где
Figure 00000091
- z-я компонента вектора элемента изображения
Figure 00000092
, k=1, 2, … - номер итерации, а также сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения
Figure 00000093
, где λ - множитель Лагранжа, и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов векторный сигнал
Figure 00000094
до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, после этого из очищенного векторного сигнала
Figure 00000095
для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω формируют сигнал начального приближения
Figure 00000096
, а затем итерационно получают и запоминают вспомогательный матричный сигнал
Figure 00000097
и сигнал очередного приближения
Figure 00000098
элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, объединяют сформированные сигналы элементов изображения
Figure 00000099
в матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н, после чего по локальным максимумам квадрата модуля матричного сигнала результирующего изображения
Figure 00000100
, где
Figure 00000101
-
Figure 00000102
компонента матричного сигнала Н, определяют число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям доплеровского сдвига частоты ω, временной задержки q и азимутально-угломестного направления приема
Figure 00000103
каждого рассеянного радиосигнала - выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов.
A method for remote detection and tracking of radio-silent objects, which consists in selecting a transmitter emitting a spread spectrum radio signal, synchronously receiving a multi-beam radio signal from the N antenna, including a direct radio signal of the transmitter and scattered objects from this transmitter, synchronously converts the received radio signals into digital signals s n , where n is the number of antennas that are stored and combined into a digital matrix signal S = {s 1 , ..., s n , ..., s N } T , from which the digital a direct direct signal s ', characterized in that they convert a direct signal s' into single-frequency matrix signals of the complex phasing function A ω , each of which includes hypothetical signals scattered by potential moving and stationary objects in the expected areas of delays and angular directions at each expected Doppler frequency shift ω, the matrix signals A ω are stored, the stored digital signals of the antennas s n are combined into a vector signal
Figure 00000086
, the vector signal s is stored and converted into a signal of an element of a complex spatial-frequency-time-image for a zero value of ω = 0 Doppler frequency shift
Figure 00000087
where
Figure 00000088
- a Hermitian conjugate matrix with A 0 using a signal
Figure 00000089
as an initial approximation, an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is iteratively generated and stored
Figure 00000090
where
Figure 00000091
- z-th component of the image element vector
Figure 00000092
, k = 1, 2, ... is the iteration number, as well as the signal of the next approximation of the element of the complex spatial-frequency-temporal image
Figure 00000093
, where λ is the Lagrange multiplier, and the vector signal purified from the direct and scattered by stationary objects signals
Figure 00000094
until the number of the current iteration exceeds the specified threshold K, then from the cleared vector signal
Figure 00000095
for each expected non-zero value of the Doppler frequency shift ω form an initial approximation signal
Figure 00000096
, and then iteratively receive and store the auxiliary matrix signal
Figure 00000097
and the signal of the next approach
Figure 00000098
element of a complex spatio-frequency-temporal image until the current iteration number exceeds a predetermined threshold K, the generated image element signals are combined
Figure 00000099
into the matrix signal of the resulting complex spatio-frequency-temporal image H, after which, according to the local maxima of the square of the module square of the matrix signal of the resulting image
Figure 00000100
where
Figure 00000101
-
Figure 00000102
component of the matrix signal H, determine the number of scattered radio signals, the parameters of which are the values of the Doppler frequency shift ω, time delay q and azimuth-elevation direction of reception
Figure 00000103
each scattered radio signal - perform detection, spatial localization and tracking of objects.
RU2018109031A 2018-03-13 2018-03-13 Method for remote detection and tracking of radio silent objects RU2716006C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109031A RU2716006C2 (en) 2018-03-13 2018-03-13 Method for remote detection and tracking of radio silent objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109031A RU2716006C2 (en) 2018-03-13 2018-03-13 Method for remote detection and tracking of radio silent objects

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018109031A RU2018109031A (en) 2019-09-16
RU2018109031A3 RU2018109031A3 (en) 2020-01-27
RU2716006C2 true RU2716006C2 (en) 2020-03-05

Family

ID=67989341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109031A RU2716006C2 (en) 2018-03-13 2018-03-13 Method for remote detection and tracking of radio silent objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716006C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758585C1 (en) * 2020-09-09 2021-11-01 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Method for spatial localisation of radio-silent objects
RU2803325C1 (en) * 2022-10-28 2023-09-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for determining coordinates and velocity vectors of several objects by a system of doppler receivers

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6650269B1 (en) * 1982-05-14 2003-11-18 Lockheed Martin Corporation Ram air inflated passive radar decoy and chaff package therefor
JP2006010333A (en) * 2004-06-22 2006-01-12 Toshiba Corp Apparatus for monitoring radio wave
JP2010236951A (en) * 2009-03-30 2010-10-21 Nippon Signal Co Ltd:The Measuring device of radio distance and speed
JP2012233824A (en) * 2011-05-06 2012-11-29 Toshiba Corp Passive radar device, guiding device and radio wave detecting method
RU2524401C1 (en) * 2013-05-13 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2542330C1 (en) * 2013-10-23 2015-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Method for passive detection of aerial objects
RU2571950C1 (en) * 2014-12-03 2015-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for radio monitoring of radio-silent objects
RU2572584C1 (en) * 2014-12-03 2016-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for radio monitoring radio-silent objects

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6650269B1 (en) * 1982-05-14 2003-11-18 Lockheed Martin Corporation Ram air inflated passive radar decoy and chaff package therefor
JP2006010333A (en) * 2004-06-22 2006-01-12 Toshiba Corp Apparatus for monitoring radio wave
JP2010236951A (en) * 2009-03-30 2010-10-21 Nippon Signal Co Ltd:The Measuring device of radio distance and speed
JP2012233824A (en) * 2011-05-06 2012-11-29 Toshiba Corp Passive radar device, guiding device and radio wave detecting method
RU2524401C1 (en) * 2013-05-13 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2542330C1 (en) * 2013-10-23 2015-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Method for passive detection of aerial objects
RU2571950C1 (en) * 2014-12-03 2015-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for radio monitoring of radio-silent objects
RU2572584C1 (en) * 2014-12-03 2016-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ) Method for radio monitoring radio-silent objects

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758585C1 (en) * 2020-09-09 2021-11-01 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Method for spatial localisation of radio-silent objects
RU2803325C1 (en) * 2022-10-28 2023-09-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for determining coordinates and velocity vectors of several objects by a system of doppler receivers

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018109031A (en) 2019-09-16
RU2018109031A3 (en) 2020-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10955542B2 (en) Radar apparatus and direction-of-arrival estimation device
RU2440588C1 (en) Passive radio monitoring method of air objects
RU2444755C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2444754C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
JP5631763B2 (en) MIMO radar system, transmitter, receiver, and MIMO radar signal processing method
JP2016180721A (en) Radar device
JP4123494B2 (en) Mobile object search system
RU2190236C2 (en) Method for detection and determination of two- dimensional bearing and frequency of radio emission sources
RU2546330C1 (en) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2546329C1 (en) Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects
RU2410712C1 (en) Method of detecting aerial objects
RU2723432C2 (en) Method of remote monitoring of radio silent objects
RU2529483C1 (en) Method for stealth radar location of mobile objects
RU2716006C2 (en) Method for remote detection and tracking of radio silent objects
RU2524399C1 (en) Method of detecting small-size mobile objects
JP6694027B2 (en) Radar equipment
JP2025039752A (en) Radar Equipment
RU2444753C1 (en) Radio monitoring method of air objects
RU2444756C1 (en) Detection and localisation method of air objects
RU2724923C2 (en) Method for secretive monitoring of radio silent objects
RU2557250C1 (en) Method for stealth radar detection of mobile objects
RU2528391C1 (en) Method of searching for low-signature mobile objects
Dubrovinskaya et al. Underwater direction of arrival estimation using wideband arrays of opportunity
RU2420755C2 (en) Detection and localisation method of air objects