Определение местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Галл Роман Даниилович

• Галл Роман Даниилович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Галл Роман Даниилович

Введение

Глава 1. Методы определения местоположения источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы

1.1. Метод TDOA ОМП ИРИ

1.2. Метод FDOA ОМП ИРИ

1.3. Методы уточнения координат СР

1.4. Оценка параметров TDOA и FDOA с помощью взаимной функции неопределенности

1.5. Модель процесса

1.6. Постановка задачи исследования

Глава 2. Метод совместного использования станции активного подсвета и опорных источников сигналов

2.1. Уточнение координат СР методом совместного использования САП и ОИС

2.2. Потенциальная точность оценки координат спутников-ретрансляторов методом совместного использования САП и ОИС

2.3. Разрешение неоднозначности при поиске корреляционных пиков сигналов ОИС

2.4. Повышение быстродействия ОМП ИРИ при использовании САП

Выводы к главе

Глава 3. Повышение вероятности обнаружения сигналов ИРИ со вспомогательных СР и быстродействия ОМП ИРИ за счет компенсации фазовых искажений

3.1. Фазовые искажения, вызванные движением СР

3.2. Фазовые искажения, вызванные нестабильностью гетеродинов СР

3.3. Компенсация фазовых искажений с помощью сигнала САП

3.4. Повышение быстродействия ОМП ИРИ благодаря компенсации фазовых искажений

Выводы к главе

Глава 4. Экспериментальные исследования системы ОМП ИРИ

4.1. Описание экспериментальной системы ОМП ИРИ

4.2 Реализация алгоритма обработки принятых процессов

4.3 Оценка результатов работы экспериментальной системы ОМП ИРИ

Выводы к главе

Заключение

Публикации по теме диссертации

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы»

Введение

Существующие и разрабатываемые перспективные системы спутниковой связи (ССС) позволяют обеспечить доступную связь практически в любой точке Земли, в том числе в труднодоступных, малоосвоенных, малонаселенных регионах и на водной поверхности, за счет глобальной зоны покрытия и значительной канальной и абонентской емкости.

Интенсивное развитие сетей спутниковой связи в РФ обусловлено размерами территории, неравномерным распределением плотности населения и условиями экономического развития разных регионов. Услуги спутниковой связи предоставляют в РФ многие отечественные и международные операторы. Для функционирования CCC выделены полосы частот 6/4 ГГц (^диапазон), 8/7 ГГц (X-диапазон), 14/11 ГГц диапазон), 30/20 ГГц диапазон), а также более высокочастотные диапазоны.

На начало 2021 года число геостационарных спутников-ретрансляторов (ГСР) в мире превышает 580 [1], при этом минимальное угловое расстояние между соседними ГСР на орбите составляет порядка 0,1°. В настоящее время общее число земных станций, работающих через ГСР, превышает 500 тысяч. Территория РФ находится в зонах обслуживания порядка трети всех телекоммуникационных спутников на геостационарной орбите. Количество ССС неуклонно возрастает, что вызывает появление преднамеренных и непреднамеренных помех, приводящих к нарушению работы спутниковых сетей. В связи с этим создание системы радиоконтроля в диапазонах частот спутниковых служб является актуальной задачей.

Подверженность спутника-ретранслятора (СР) мешающему воздействию земных станций весьма высока. Источники помеховых излучений могут воздействовать как в пределах зоны обслуживания спутника, так и с территорий вне зоны обслуживания. Вероятность последней ситуации зависит от пространственной избирательности антенн спутника. Источниками помех для спутниковых систем связи могут являться:

- сигналы наземного оборудования систем связи и радиолокационных станций (например, внеполосные излучения средств связи при использовании в сетях вместо разрешенных к эксплуатации несертифицированных или не получивших разрешение на эксплуатацию земных станций, а также перекрытие разрешенных полос частот радиосистем различного назначения);

- радиосигналы, преднамеренно излучаемые с целью подавления линий спутниковой связи;

- радиосигналы средств спутниковой связи, незаконно использующих частотно-временной ресурс СР, принадлежащих другим владельцам или эксплуатируемых другими операторами услуг спутниковой связи;

- радиосигналы, вызванные аварийными ситуациями различного рода: неисправностью передающей аппаратуры и систем автосопровождения;

- ошибки оператора (увеличение излучаемой мощности выше разрешенного уровня, излучение в эфир без разрешения на то, осуществление переориентации антенн в режиме работы на излучение, ошибочное излучение на другой спутник, на другой частоте или с другой поляризацией).

Поэтому задача определения координат источников помех спутниковым системам связи является чрезвычайно актуальной. Организационно-технические меры по противодействию несанкционированному вмешательству состоят в определении координат неизвестного передатчика для предъявления различного рода санкций, и/или создании условий, обеспечивающих невозможность дальнейшей работы источника помех.

Под геолокацией далее понимается определение местоположения (ОМП) наземных источников излучения (ИРИ), работающих через геостационарные СР, с помощью специальных алгоритмов обработки сигналов, ретранслированных данными СР. Традиционно ОМП станций спутниковой связи осуществляется облетом предполагаемых мест расположения станций, обнаружения их излучений, определения направления на них и вычисления координат на основе результатов радиопеленгования. Однако, осуществление таких облетов возможно только при нахождении ИРИ на контролируемой территории, т. е. в ряде случаев

отсутствует физическая возможность осуществления поиска источника помехи. Системы геолокации лишены данного ограничения.

Учитывая диапазоны работы ССС, для обнаружения их радиоизлучений традиционным способом необходимо обеспечить наличие прямой радиовидимости, описываемой выражением Dmax[Ka ] = All^h^ + J И2[м ]), где Мм

и ^2[м] - высоты (в метрах) антенн передающей станции и средства радиомониторинга соответственно. Как следует из приведенного выражения, при полете самолета с установленными на его борту средствами радиомониторинга на высоте 8 км максимальная дальность ведения радиомониторинга составит порядка 350 км, а при ведении радиомониторинга с борта вертолета (при высоте полета 1 км) - всего 130 км. Таким образом, мгновенно аппаратура радиомониторинга (без учета направленных свойств антенных систем), установленная на борту самолета или вертолета, способна обнаружить излучение в анализируемой полосе частот на территории площадью, соответственно, порядка 385 000 и 53 000 км2, в то время как на основе методов геолокации - не менее 25% поверхности Земли.

Развертывание и эксплуатация системы геолокации финансово выгоднее других технических решений задачи ОМП наземных источников помех системам спутниковой связи. Эксплуатация только одного самолета, решающего задачи ОМП ИРИ, может обходиться в сотни тысяч рублей в сутки, а комплекта самолетов, способных мгновенно контролировать соизмеримую с зоной охвата станции геолокации территорию в 1/4 площади поверхности Земли - сотни миллионов рублей в сутки.

Методы геолокации ИРИ, работающих через геостационарные СР, заключаются в построении на поверхности Земли линий положения, полученных разностно-дальномерным (TDOA, англ. Time Difference of Arrival, временная разность прибытия) либо разностно-доплеровским (FDOA, англ. Frequency Difference of Arrival, частотная разность прибытия) методами на основании оценки временной либо частотной разности прихода сигналов ИРИ, принятых с

нескольких СР, ретранслирующих сигналы основного и боковых лепестков диаграммы направленности антенны ИРИ [2-29]. Оценка временной и частотной разности прихода сигналов осуществляется, как правило, на основе построения взаимной функции неопределенности (ВФН) между принятыми процессами. В работе рассматривается метод геолокации TDOA-TDOA, когда обе линии положения строятся по методу TDOA. Данный метод не требует априорного знания векторов скорости используемых СР и позволяет определять местоположение как стационарных, так и подвижных ИРИ.

На точность ОМП ИРИ методом TDOA-TDOA существенное влияние оказывает точность оценки координат используемых СР. Известен активный метод уточнения координат СР [32-33], заключающийся в использовании трех реперных станций (РС), которые по команде КГ синхронно излучают известные взаимно ортогональные сигналы, представляющие собой модулированные псевдослучайные последовательности, с мощностью ниже уровня шумов спутниковых транспондеров. В КГ на основании оценки времени распространения сигналов от каждой из трех РС суммарно-дальномерным методом вычисляются координаты СР. Недостатки данного метода -необходимость развертывания трех РС на разнесенных друг от друга на сотни километров площадках, что может быть организационно, экономически или технически затруднительно или невозможно. Кроме того, для повышения точности ОМП ИРИ в интересующем регионе необходимо физическое перемещение РС в данный регион, что зачастую невозможно.

Другой известный метод уточнения координат СР - пассивный [34-35]. Он заключается в синхронной записи сигналов геолоцируемого ИРИ и четырех опорных источников сигналов (ОИС) с известными координатами радиоприемными устройствами, размещенными непосредственно на используемых СР. Метод является пассивным, т.к. предполагает использование уже существующих легальных источников сигналов, работающих через тот же СР, что и интересующий ИРИ, без необходимости излучения дополнительных сигналов элементами системы ОМП ИРИ. Данный метод основан на

утверждении, что существенное влияние на точность линии положения TDOA оказывает не ошибка оценки абсолютных координат основного и вспомогательного СР, а ошибка оценки положения вспомогательного СР относительно основного СР. Оценка разницы времени прихода сигналов четырех ОИС с основного и вспомогательного СР позволяет вычислить координаты вспомогательного СР относительно основного и значение возможной рассинхронизации радиоприемных устройств. Пассивный метод может быть распространен на случай, когда радиоприемные устройства находятся на Земле. Пассивный метод имеет ряд недостатков, среди которых - необходимость наличия четырех (либо трех, в случае отсутствия рассинхронизации РПУ) сигналов опорных источников, разнесенных в пространстве на значительное расстояние, попадающих в полосу записи РПУ, а также отсутствие возможности увеличения ширины полосы сигналов ОИС для повышения точности оценки координат СР. Кроме того, на практике часто наблюдаются ситуации, когда модуль ВФН сигналов ОИС имеет несколько локальных максимумов, превышающих заданный порог, при этом истинный корреляционный отклик в общем случае не является глобальным максимумом модуля ВФН. При использовании пассивного метода разрешить данную неоднозначность относительно истинного корреляционного пика ОИС не представляется возможным. Также пассивный метод в большинстве случаев не позволяет осуществить компенсацию фазовых искажений, вызванных частотно-фазовой нестабильностью гетеродинов СР и приводящих к снижению отношения сигнал/шум (ОСШ) на выходе коррелятора при расчете ВФН.

В диссертации разработан метод совместного использования станции активного подсвета (САП) и опорных источников сигналов, объединяющий преимущества и устраняющий недостатки активного и пассивного методов. Разработанный метод позволяет оперативно повышать точность ОМП ИРИ в интересующих регионах Земли, разрешать неоднозначность относительно истинного корреляционного пика ОИС и компенсировать фазовые искажения, вызванные частотно-фазовой нестабильностью гетеродинов СР, устраняя

снижение ОСШ на выходе коррелятора. Кроме того, в диссертации предложено понятие модифицированной ВФН, применение которой позволяет учесть фазовые искажения, вызванные изменением векторов скорости геостационарных СР, а также исследована возможность сокращения вычислительных ресурсов при вычислении традиционной или модифицированной ВФН в результате компенсации частотно-фазовой нестабильности гетеродинов СР разработанным методом.

Целью диссертационной работы является разработка и комплексная реализация методов повышения точности и быстродействия определения местоположения (ОМП) наземных источников радиоизлучения (ИРИ), работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы (СР), а также вероятности обнаружения сигналов ИРИ со вспомогательных СР.

Задачами диссертационного исследования являются:

- разработка метода совместного использования станции активного подсвета (САП) и опорных источников сигналов (ОИС), позволяющего повысить точность и быстродействие ОМП ИРИ, работающих через геостационарные СР, а также вероятность обнаружения сигналов ИРИ со вспомогательных СР;

- исследование потенциальной точности оценки координат СР разработанным методом в случае, когда координаты ОИС известны точно, и в случае, когда координаты ОИС известны с ошибкой;

- разработка метода разрешения неоднозначности при поиске истинного корреляционного пика ОИС;

- исследование зависимости интервала стационарности разности доплеровских частот от времени для сигналов, ретранслированных геостационарными СР, и разработка метода учета изменения разности доплеровских частот, вызванной изменением векторов скорости СР, при вычислении ВФН;

- разработка и исследование метода компенсации фазовых искажений, вызванных нестабильностью гетеродина СР, за счет использования сигнала САП;

- исследование степени снижения требований к количеству вычислительных операций при построении ВФН принятых сигналов ИРИ после компенсации фазовых искажений разработанным методом;

- создание экспериментальной системы ОМП ИРИ для практической оценки выигрыша в точности геолокации и в ОСШ на выходе коррелятора за счет применения разработанных в рамках диссертационного исследования методов.

Объектом исследования является метод TDOA-TDOA определения местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы.

Предметом исследования являются точность и быстродействие определения местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы (СР), в соответствии с методом TDOA-TDOA, а также вероятность обнаружения сигналов ИРИ со вспомогательных СР.

Методы исследования. При решении поставленных задач применялись методы: статистической теории радиотехнических систем, теории вероятностей, математической статистики, статистического имитационного моделирования, теории цифровой обработки сигналов. Имитационное моделирование выполнено в MATLAB. При проведении экспериментов использовалась аппаратура National Instruments.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

- разработан и теоретически обоснован метод совместного использования станции активного подсвета (САП) и опорных источников сигналов (ОИС), позволяющий повысить точность и быстродействие ОМП ИРИ, работающих через геостационарные СР, а также вероятность обнаружения сигналов ИРИ со вспомогательных СР;

- получены выражения для оценки потенциальной точности разработанного метода совместного использования САП и ОИС в случае, когда координаты ОИС известны точно, и в случае, когда координаты ОИС известны с ошибкой;

- разработан и научно обоснован оптимальный по критерию максимума отношения правдоподобия метод разрешения неоднозначности при поиске истинного корреляционного пика ОИС, основанный на использовании сигнала САП;

- предложено понятие модифицированной ВФН, предполагающей линейную аппроксимацию зависимости разности доплеровских частот сигналов ИРИ от времени, для увеличения минимальной длительности записи сигналов, при которой не наблюдается снижение ОСШ на выходе коррелятора;

- разработан и теоретически обоснован метод компенсации фазовых искажений, вызванных нестабильностью гетеродина СР, за счет использования сигнала САП;

- выявлена степень снижения требований к количеству вычислительных операций при построении модифицированной ВФН принятых сигналов ИРИ после компенсации фазовых искажений разработанным методом;

- исследована вероятность совместного обнаружения сигналов ИРИ не менее чем в двух в процессах, принятых со вспомогательных СР, при наличии фазовых искажений, вызванных движением геостационарных СР и нестабильностью их гетеродинов, и при компенсации фазовых искажений разработанным методом.

На основе полученных результатов сформулированы следующие положения, выносимые на защиту:

- для повышения точности определения местоположения (ОМП) наземных источников радиоизлучения (ИРИ), работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы (СР), в интересующих регионах Земли следует применять метод совместного использования станции активного подсвета (САП) и опорных источников сигналов (ОИС), позволяющий оперативно выбирать ОИС и параметры сигнала САП при уточнении координат СР;

- для повышения точности ОМП ИРИ за счет разрешения неоднозначности при поиске истинного корреляционного пика на взаимной функции неопределенности (ВФН) сигналов ОИС следует производить тестовые

процедуры ОМП ОИС по каждому из локальных максимумов ВФН с предварительной коррекцией координат используемых СР по наклонной дальности на основе оценок времени распространения сигнала САП;

- для увеличения минимальной длительности записи сигналов, при которой не наблюдается снижение отношения сигнал/шум (ОСШ) на выходе коррелятора, следует применять модифицированную ВФН, предполагающую линейную аппроксимацию зависимости разности доплеровских частот сигналов ИРИ, принимаемых с геостационарных СР, от времени;

- для повышения вероятности обнаружения сигналов ИРИ со вспомогательных СР следует производить компенсацию фазовых искажений, вызванных нестабильностью гетеродинов СР, на основе совместного использования оценок частоты и фазы принимаемого сигнала САП при кусочно-линейной аппроксимации функции фазовой нестабильности;

- для уменьшения количества вычислительных операций при построении ВФН (модифицированной ВФН) сигналов ИРИ, принимаемых с геостационарных СР, следует использовать компенсацию фазовых искажений с помощью сигнала САП с последующим сокращением диапазона возможных начальных значений частотной отстройки между сигналами и значений ее производной.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Для практической оценки выигрыша в точности ОМП ИРИ и в ОСШ на выходе коррелятора за счет применения разработанных методов создана экспериментальная система ОМП ИРИ, которая подтвердила соответствие характеристик системы результатам имитационного моделирования.

Практическая значимость результатов исследования подтверждается актом внедрения результатов диссертационной работы в производственную деятельность ООО Научно-производственное предприятие «Новые Технологии Телекоммуникаций» от 09.04.2021 (Приложение А) и актом внедрения результатов диссертационной работы в производственную деятельность АО «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий» от 09.04.2021 (Приложение Б). Полученные результаты могут быть использованы

на предприятиях радиотехнического профиля для существенного повышения точности и быстродействия систем ОМП ИРИ, работающих через геостационарные СР, а также вероятности обнаружения сигналов ИРИ со вспомогательных СР без увеличения стоимости аппаратной составляющей и апертуры антенно-фидерных систем.

Достоверность результатов подтверждается корректным применением методов исследования и математического аппарата, использованием современного пакета имитационного моделирования, откалиброванного и поверенного оборудования. Результаты, полученные в серии экспериментов, согласуются с результатами имитационного моделирования.

Апробация результатов. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

- Международная конференция "Цифровая обработка сигналов и ее применение -DSPA-2018", Москва, 2018;

- 11-й Всероссийская научно-практическая конференция «Территориально распределенные системы охраны», Калининград, 2018;

- Научная конференция с международным участием «Неделя науки СПбПУ», Санкт-Петербург, 2018;

- Технический семинар "Технологии National Instruments для разработки, прототипирования и испытания радиотехнических систем", Москва, 2018;

- Промышленный саммит National instruments "NlSummit", Москва, 2018;

- 10-я научно-техническая школа-семинар «Инфокоммуникационные технологии в цифровом мире», Санкт-Петербург, 2020;

- Международная конференция "Цифровая обработка сигналов и ее применение -DSPA-2021", Москва, 2021.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 3 статьи (без соавторов) - в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 1 публикация - в сборнике материалов международной конференции. Кроме того, 1 статья принята в печать в рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК РФ.

Структура диссертации. Структурно диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, представлены недостатки существующих решений, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна, методы исследования и положения, выносимые на защиту, приведены сведения о практической ценности и апробации результатов исследования.

В первой главе описаны существующие методы ОМП ИРИ, работающих через геостационарные СР, за счет приема и корреляционной обработки ретранслированных сигналов основного и бокового лепестков ДН ИРИ, а также методы уточнения координат СР. Представлена используемая модель принятого со СР процесса, рассмотрены факторы, вызывающие фазовые искажения, приводящие к снижению ОСШ на выходе коррелятора. Введено понятие вероятности совместного обнаружения сигналов ИРИ не менее чем в двух процессах, принятых со вспомогательных СР.

Во второй главе представлен разработанный метод, основанный на совместном использовании САП и двух ОИС с известными координатами и позволяющий повысить точность и быстродействие процедуры ОМП ИРИ. Исследована потенциальная точность оценки координат СР разработанным методом. Предложен оптимальный по критерию максимума отношения правдоподобия метод разрешения неоднозначности при поиске истинного корреляционного пика ОИС.

В третьей главе исследовано влияние фазовых искажений, вызванных движением геостационарных СР и нестабильностью их гетеродинов, на ОСШ на выходе коррелятора и на вероятность совместного обнаружения сигналов ИРИ не менее чем в двух в процессах, принятых со вспомогательных СР. Предложено понятие модифицированной ВФН, позволяющей учесть фазовые искажения, вызванные изменением скорости геостационарных СР. Описан разработанный метод компенсации фазовых искажений, вызванных нестабильностью гетеродинов СР, с помощью сигнала САП. Представлен количественный

выигрыш в ОСШ на выходе коррелятора и вероятности совместного обнаружения сигналов ИРИ не менее чем в двух в процессах, принятых со вспомогательных СР, при использовании предложенных решений.

В четвертой главе представлено описание экспериментальной системы ОМП ИРИ, в которой реализованы разработанные в рамках диссертационного исследования методы. Приведены результаты работы экспериментальной системы ОМП ИРИ, произведено их сравнение с результатами имитационного моделирования.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования и перспективы дальнейшей разработки темы.

Глава 1. Методы определения местоположения источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы

1.1. Метод TDOA ОМП ИРИ

В настоящее время разработаны методы, позволяющие определить местоположение источников радиоизлучения, работающих через спутники-ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите. Это методы TDOA-TDOA (англ. Time Difference of Arrival, временная разность прибытия), FDOA-FDOA (англ. Frequency Difference of Arrival, частотная разность прибытия), TDOA-FDOA, а также методы, основанные на перехвате определенной информации, передаваемой в интересующей системе связи [2-29]. Первые три метода не требуют демодуляции/декодирования сигнала и разбора его семантики. Методы TDOA-TDOA, TDOA-FDOA и FDOA-FDOA подразумевают определение местоположения геолоцируемого ИРИ в точке пересечения как минимум двух линий положения, которые, в соответствии с названием метода, строятся по методу TDOA либо FDOA. Рассмотрим метод TDOA построения линии положения.

Метод TDOA иначе называется разностно-дальномерным, т.к. основан на построении линии положения, соответствующей разности путей распространения сигнала, принятого с двух геостационарных спутников-ретрансляторов (рисунок 1.1).

На рисунке 1.1 изображен геолоцируемый ИРИ (например, центральная земная станция спутниковой системы связи), который основным лепестком диаграммы направленности излучает сигнал в сторону СР2. При этом боковым лепестком диаграммы направленности ИРИ излучает сигнал в сторону СР1. Обозначим ^ири-ср1 - расстояние от ИРИ до СР1, расположенного на геостационарной орбите, ^ИРИ-СР2 - расстояние от ИРИ до СР2, расположенного на геостационарной орбите; ^срькг - расстояние от СР1 до комплекса геолокации (КГ), где осуществляется прием ретранслированных сигналов, ^ср2-кг - расстояние

от СР2 до комплекса геолокации. Тогда разность времени прихода Дх2-1 сигналов ИРИ в комплекс геолокации равна:

ДТ 2-

_ (^ИРИ-СР2 + ^СР2 -КГ ) (^ИРИ-СР1 + ^СР1 -КГ )

с

где с - скорость света. На поверхности Земли можно построить изолинию постоянной разности Дх.

Рисунок 1.1. Схема построения линии положения по методу ТЭОЛ

Линия положения ТЭОЛ находится в результате решения последовательности оптимизационных задач, заключающихся в поиске минимума целевой функции невязки от двух аргументов (х, у) при фиксированном значении параметра 2 из заданного диапазона 2 £ [¿тт, ¿тах], где (х, у, 2) - координаты ИРИ в декартовой системе:

/тол(х, У )-

( ^ИРИ-СР2 (х,У,1) + ^СР2 -КГ ) - (^ИРИ-СР1 (х,У,1) + ^СР1 -КГ ) - с ' дт2-1

2 Л

—» пип .

х.уеШ,

Условие нахождения ИРИ на поверхности Земли, аппроксимируемой референц-эллипсоидом, приводит к нелинейному ограничению в виде равенства:

с \

X

V Яе У

+

С \

У

Я

+

V е У

Я

1 = 0

(1.1)

где Яе - экваториальный радиус Земли, е2 - эксцентриситет земного эллипсоида. Расстояния ^ига-СР2(х, у, 2) и ^ИРИ-СР1(х, у, 2) связаны с координатами ИРИ х, у, 2

выражениями:

^ИРИ-СР1 (х

(X у,2) = х - хср1 )2 + (У - Уср1 )2 + (2 - 2ср1 )2, (X У>2) = х - хср2 )2 + (У - Уср2 )2 + (2 - 2ср2 )2

Данная условная оптимизационная задача решается, как правило, по методу множителей Лагранжа. Для этого составляется функция Лагранжа:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Галл Роман Даниилович, 2021 год

Список литературы

1. https://www.satbeams.com/satellites (дата обращения 02.05.2021).

2. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В., Севидова Л.М. Алгоритм определения координат земных станций по сигналам, спутников-ретрансляторов // Теория и практика современной науки. 2016. № 10(16). С. 69-72.

3. Верзунов Г.В., Корвяков П.В., Могучев В.И. Спутниковая связь: радиопеленгация земных станций // Спутниковая связь и вещание. 2009. С. 98102.

4. Волков, Р.В. Основы построения и функционирования разностно-дальномерных систем координатометрии источников радиоизлучений / Р.В. Волков, С.В. Дворников, В.Н. Саяпин, А.Н. Симонов // Учебное пособие, Военная академия связи имени С.М. Буденого, СПб.: 2013. 116 с.

5. Могучев В. И. Допплеровская пеленгация земных станций через геостационарный спутник связи, "Электросвязь", 2003. №1.

6. Могучев В. И. Дифференциальная пеленгация земных станций через геостационарный спутник, "Электросвязь", 2004. №6.

7. Haworth, D.P. Interference localization for EUTELSAT satellites - the first European transmitter location system. / D.P. Haworth, N.G. Smith, R. Bardeli and T. Clement //International journal of satellite communication. - 1997 - v.15 - p. 155.

8. Патент 2172495 РФ, MnKG01S5/00, G01S5/06. Способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу / Асеев А.Ю.,Баушев С.В.,Макаров О.А., - Опубл. 06.05.2000.

9. Патент 2218579 РФ, MnKG01S3/00, H04B7/185. Способ определения координат неизвестного передатчика в системе спутниковой связи и устройство для его осуществления / Панько С. П., Сухотин В. В., Югай В. В., Чумиков В. Ф., - Опубл. 11.12.2001.

10. Patent 5008679 US, Н04В 007/185. Method and system for locating an unknown transmitter / J. E. Effland, J. M. Gipson, D. B. Shaffer, J. C. Webber -№ 472837; Filed January 31, 1990; etal. April 16, 1991.

11. Patent 6018312 US, H04B 007/185. Locating the source of an unknown signal / Haworth. D. P. - № 043444; Filed March 20, 1998; et al January 25, 2000.

12. Effland et al J. E. Field Trials of a Transmitter Location System Using INTELSAT Satellites, INTEL-874 / Effland et al J. E. // Dec. 30, 1991. - Phase 3.

13. Patent FR2769097B1 FR, G01S 5/02. System de radiolocalisation a base de satellites geosyncrones / D. Wetzel, E. Lansard - № FR199719979712065; Filed Sept. 29, 1997; et al. Oct. 29, 1999.

14. Patent FR2767616B1 FR, G01S5/00R1. Precede de localization d un terminal fixe grace a une constellation de satellites / F. Durnez, J. Bousquet -№ FR199719979710602; Filed Aug. 25, 1997; et al. Sept. 24, 1999.

15. Yang, Z. B. PSO based passive satellite location using TDOA and FDOA measurements / Z. B. Yang, Y. Qiu, A. N. Lu // 10th IEEE/ACIS International Conference on Computer and Information Science. 2011. - pp. 251 - 254.

16. K. C. Ho and Y. T. Chan, "Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 33, no. 3, pp. 770-783, 1997, doi: 10.1109/7.599239.

17. Ho, K .C. Solution and performance analysis of geolocation by TDOA / K. C. Ho, Y. T. Chan // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 29, No. 4, October 1993. - pp. 1311-1322.

18. D. Musicki and W. Koch, "Geolocation using TDOA and FDOA Measurements",!^ International Conference on Information Fusion, Cologne, Germany, June 30 2008-July, 2008.

19. Гринь И.В., Ершов Р.А., Морозов О.А., Фидельман В.Р. Оценка координат источника радиоизлучения на основе решения линеаризованной системы уравнений разностно-дальномерного метода // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2014. № 4(32). С. 7181.

20. Волков Р.В., Севидов В.В., Чемаров А.О. Точность геолокации разностно-дальномерным методом с использованием спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2014 (9). С. 12-19.

21. Yan, H, Cao, JK, Chen, L., "Study on location accuracy of dual-satellite geolocation system", Proceedings of the 10th international conference on IEEE ICSP, Beijing, China, 24-28 October 2010, pp.107-110, doi: 10.1109/ICOSP.2010.5656806.

22. Bin Y.Z., Lei W., Qun C.P., Nan L.A., "Passive satellite localization using TDOA/FDOA/AOA measurements", Proceedings of the 2011 IEEE International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems (ICISS); Guilin, China. 18 January 2013; pp. 1-5, doi: 10.1109/ANTHOLOGY.2013.6784815.

23. Dongkyun, Kim.Adaptive Extended Kalman Filter Based Geolocation Using TDOA/FDOA / Dongkyun Kim, Jihyun Ha and Kwanho You // International Journal of Control and Automation. Vol. 4 No. 2, June 2011. - pp. 49 - 58.

24. Guo, Fucheng, Fan, Yun, Zhou, Yiyu, Xhou, Caigen, Li, Qiang. Space Electronic Reconnaissance: Localization Theories and Methods (1st edition). John Wiley & Sons Singapore Pte Ltd, 2014.

25. Liu Ying, Huang Daochao, Han Yunlei and Han Jianying, "New method about TDOA measurement for satellite interference location," 2008 8th International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory, Kunming, 2008, pp. 1314-1317, doi: 10.1109/ISAPE.2008.4735467.

26. B. Deng, J. Xiong, and C. Xia, "The observability analysis of aerial moving target location based on dual-satellite geolocation system," in Proc. Int. Conf. Comput. Sci. Inf. Process. (CSIP), Aug. 24-26, 2012, pp. 12-15, doi: 10.1109/CSIP.2012.6308782.

27. W. Zhang and G. Zhang, "Geolocation Algorithm of Interference Sources from FDOA Measurements Using Satellites Based on Taylor Series Expansion," 2016 IEEE 83rd Vehicular Technology Conference (VTC Spring), Nanjing, 2016, pp. 1-5, doi: 10.1109/VTCSpring.2016.7504260.

28. C. Shan, L. Yang, L. Yang, X. Li and W. Li, "TDOA-FDOA source geolocation using moving horizon estimation with satellite location errors," 2017 IEEE Pacific Rim Conference on Communications, Computers and Signal Processing (PACRIM), Victoria, BC, 2017, pp. 1-6, doi: 10.1109/PACRIM.2017.8121932.

29. P. Zhou, Q. Zhang, H. Lin and P. Yu, "The influence of sampling mode on the accuracy of satellite interference geolocation," 2017 IEEE International Conference on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC), Xiamen, 2017, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICSPCC.2017.8242447.

30. Hoots F.R., Roehrich R.L. Spacetrack Rep. № 3. Models for propagation of NORAD Element Sets // Aerospace defense center, Peterson air force base. 1980. 91 p.

31. Галл Р.Д. Точность местоопределения наземных источников, использующих геостационарные ретрансляторы // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020;23(6). C. 17-27.

32. Севидов В.В., Чемаров А.О. Определение координат спутников-ретрансляторов в разностно-дальномерной системе геолокации // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2015 (3). С. 41-47.

33. Волков Р.В., Малышев С.Р., Севидов В.В., Симонов А.Н. Определение канонических параметров спутников-ретрансляторов по радиосигналам опорных реперных станций // Труды Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. 2016. № 655. C. 88 - 92.

34. Liu, C., Yang, L. and Mihaylova, L.S., "Dual-Satellite Source Geolocation with Time and Frequency Offsets and Satellite Location Errors", 2017 20th International Conference on Information Fusion (Fusion), 10 - 13 July 2017, Xi'an, China, doi: 10.23919/ICIF.2017.8009716.

35. T. Pattison and S. I. Chou, "Sensitivity analysis of dual-satellite geolocation," in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 36, no. 1, pp. 56-71, doi: 10.1109/7.826312.

36. S. Stein, "Differential delay/Doppler ML estimation with unknown signals," in IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 41, no. 8, pp. 2717-2719, Aug. 1993, doi: 10.1109/78.229901.

37. S. Stein, "Algorithms for ambiguity function processing," IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. 29, pp. 588-599, June. 1981, doi: 10.1109/TASSP.1981.1163621.

38. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. — 3-е над.., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1989. — 656 с.

39. Moschopoulos, P.G., The distribution of the sum of independent gamma random variables. Ann. Inst. Statist. Math. 37 (1985) 541-544.

40. Stefano Bregni (2002), Synchronization of Digital Telecommunications Networks, Wiley.

41. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2015. - 440 с., ил.

42. Patent 5570096 US, G01S 005/02. Method and system for tracking satellites to locate unknown transmitting accurately / C. A. Knight, J.C. Webber - № 410279; Filed March 24, 1995; etal. October 29, 1996.

43. Дворников, С. В. Теоретические основы координатометрии источников радиоизлучения : Учебное пособие / С.В. Дворников, В.Н. Саяпин, А.Н. Симонов. - СПб: ВАС, 2007. - 80 с.

44. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. — 6-е изд. стер. — М.: Высш. шк., 1999.— 576 c.

45. Машбиц Л.М. Компьютерная картография и зоны спутниковой связи / Л. М. Машбиц. - М.: Горячая линия - Телеком, 2009. - 236 с.

46. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике.- М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1975. - 871 с.

47. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач / Ф.П. Васильев. - М.: Наука, 1980. - 520 с.

48. Таха, Хэмди А. Введение в исследование операций. - М.: Изд. дом «Вильямс», 2001. - 912 с.

49. Жилинскас А. Поиск оптимума: компьютер расширяет возможности / А. Жилинскас, В. Шалтинис. - М.: Наука, 1989. - 128 с.

50. Марпл С. Л. Цифровой анализ и его приложения / С. Л. Марпл. - М.: Изд-во «Мир» 1990. - 584 с.

51. Паутов Г.В. Практика реализации геолокации и контроля полезного ресурса // Технологии и средства связи. Специальный выпуск «Спутниковая связь и вещание» - 2011.

52. Рао С.Р. Линейные статистические методы и их применения. Пер. с английского А.М. Кагана, В.М. Калинина, К.П. Латышева / Под ред. академика Ю.В. Линника. - М.: Наука, 1968. - 548 с.

53. Вуд П. Анализ и проектирование зеркальных антенн / П. Вуд. Пер. с англ. Г.Б. Звороно, под ред. О. П. Фролова. - М.: Радио и связь, 1984. - 207 с.

54. Мицын С. В. Метод итеративного определения координат местоположения космического аппарата / С.В. Мицын, Г.А. Ососков // Информационные процессы, Том 12, № 3, 2012. С. 308-319.

55. Бахвалов Н.С. Численные методы / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г.М. Кобельков. - М.: Бином, 2003. - 630 с.

56. П. Эскобал. Методы определения орбит. - М.: Мир, 1970. - 472 с.

57. Попович П.Р. Баллистическое проектирование космических систем / П.Р. Попович, Б.С. Скребушевский - М.: Машиностроение, 1987. - 240 с.

58. Назаренко А.И. Эволюция и устойчивость спутниковых систем /

A. И. Назаренко, Б.С. Скребушевский. - М.: Машиностроение, 1981. - 284 с.

59. Решетнев А.А. Управление и навигация искусственных спутников Земли на околокруговых орбитах/ М.Ф. Решетнев, А.А. Лебедев, В.А. Бартенев и др.- М.: Машиностроение, 1988. - 336 с.

60. Серков В.П. Распространение радиоволн и антенные устройства /

B.П. Серков. - Л.: ВАС, 1981. 468 с.

61. Бородич С.В. ЭМС наземных и космических радиослужб. Критерии, условия и расчет / С. В. Бородич. - М.: Радио и связь, 1990. - 272 с.

62. Сайбель А.Г. Основы радиолокации. - М.: Сов.радио, 1961. - 384 с.

63. Камнев Е.Ф. Системы спутниковой связи с эллиптическими орбитами, разнесением ветвей и адаптивной обработкой. / Е.Ф. Камнев, А.И. Аболиц, А.С. Белов [и др.].- М.: Глобсатком. 2009. - 724 с.:ил.

64. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: учеб. пособие. - 3-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2011. - 768 с.: ил.

Приложение А

УТВЕРЖДАЮ Директор ООО НП11 «НТТ»

АКТ

к; аук

оровой

внедрения результатов диссертационной работы «Определение местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы» на соискание ученой степени кандидата технических наук Галла Романа Данииловича

Комиссия в составе: председателя комиссии:

заместителя директора по инновациям ООО НПП «НТТ», кандидата технических наук А.Х. Кельяна, членов комиссии:

начальника отдела перспективных исследований ООО НПП «НТТ», доктора технических наук С.Н. Агиевича,

ведущего инженера отдела разработки программных средств ООО НПП «НТТ», доктора технических наук А.Б. Сурова,

начальника планово-экономической группы ООО НПП «НТТ» В.В. Цыпнятова,

составила настоящий акт о том. что результаты диссертационной работы Галла Романа Данииловича «Определение местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы», а именно:

- метод совместного использования станции активного подсвета и опорных источников сигналов для уточнения координат геостационарных спутников-ретрансляторов;

- метод разрешения неоднозначности при поиске истинного корреляционного пика опорного источника сигнала;

- результаты исследования зависимости степени деградации отношения сигнал/шум на выходе коррелятора от уровня фазовых искажений.

вызванных движением геостационарных спутников-ретрансляторов и нестабильностью их гетеродинов;

- метод компенсации фазовых искажении, вызванных движением геостационарных спутников-ретрансляторов и нестабильностью их гетеродинов, за счет использования сигнала станции активного подсвета

использованы Обществом с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие «Новые Технологии Телекоммуникаций» (ООО НЛП «НТТ») при разработке системы определения местоположения наземных источников радиопомех спутниковым системам связи.

Применение научных результатов, полученных Галлом Романом Данииловичем, позволило обеспечить значительный технико-экономический эффект: существенно повысить вероятность и точность оценки координат наземных источников помехового радиоизлучения, сигналы которых ретранслируются геостационарными спутниками, а также увеличить быстродействие разработанной системы без дополнительного повышения производительности аппаратной составляющей.

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

Зам. директора ООО НПП «НТТ» по инновациям, к.т.н.

Кельян А.Х.

Начальник отдела перспективных исследований ООО НПП «НТТ», д. т. н.

Агиевич С.Н.

Ведущий инженер отдела разработки программных средств ООО НПП «НТТ» д. т. н.

Начальник планово-экономической

группы ООО НПП «НТТ»

Приложение Б

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Галла Романа Данииловича на тему «Определение местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы», представленной на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Научно-техническая комиссия АО «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий» (АО «НИИ СТТ») в составе:

председателя комиссии:

заместителя генерального директора, кандидата технических наук П\гач Е.Е,

членов комиссии:

научного руководителя проектов, профессора, доктора технических наук, Лихачева В.П..

ведущего научного сотрудника, кандидата технических наук. Строева

К.Н.,

установила, что при разработке акционерным обществом «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий» элементов геолокационной системы, позволяющей определять местоположение источников радиоизлучения, работающих через спутники-ретрансляторы, использованы научные результаты диссертационной работы Галла Романа Данииловича «Определение местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы»:

1. Метод уточнения координат геостационарных спутников-ретрансляторов за счет совместного использования станции активного подсвета и опорных источников сигналов.

2. Метод компенсации фазовых искажений. вызванных нестабильностью гетеродинов спутников-ретрансляторов.

Внедрение результатов диссертационной работы Галла Романа Данииловича привело к значимому улучшению характеристик

геолокапионной системы в части повышения точности оценки местоположения источников радиоизлучения и достижения существенного энергетического выигрыша, который позволяет использовать приемные антенны меньшей апертуры и меньшей стоимости без снижения качества функционирования системы.

11редседатель комиссии:

заместитель генерального директора, кандидат технических наук

Члены комиссии:

научный руководитель проектов, профессор, доктор технических наук

Лихачев В.П.

технических наук

ведущий научный сотрудник, кандидат

Строев К.Н.