Способы и алгоритмы обработки сигналов от объектов в многопозиционной радиосистеме наблюдения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Нгуен Конг Хоай

• Нгуен Конг Хоай
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Конг Хоай

ВВЕДЕНИЕ

1. ЗАДАЧИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ОТ ОБЪЕКТОВ В МНОГОПОЗИЦИОННОЙ РАДИОСИСТЕМЕ

1.1. Обзор методов обработки сигналов в существующих многопозиционных радиосистемах

1.2. Актуальные задачи обработки сигналов в радиосистеме

1.3. Математическая модель сигнала в радиосистеме и методы определения угловых координат объектов

1.4. Постановка и формализация задач диссертационного исследования

1.5. Основные результаты

2. СПОСОБ И АЛГОРИТМЫ ВЗАИМНОЙ ОРИЕНТАЦИИ В РАДИОСИСТЕМЕ И АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ

2.1. Способ и алгоритм взаимной ориентации приемников при известных дальностях до контрольных объектов

2.2. Способ и алгоритм оценивания дальностей до объектов наблюдения при известной взаимной ориентации приемников

2.3. Альтернативный и модифицированный алгоритмы определения взаимной ориентации систем координат и оценивания дальностей

2.4. Анализ погрешностей оценок

2.5. Компьютерное моделирование работы алгоритмов

2.6. Основные результаты

3. СПОСОБ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В СКАНИРУЮЩЕЙ РАДИОСИСТЕМЕ

3.1. Способ и алгоритм оценивания пространственных координат нескольких объектов в одном периоде сканирования

3.2. Алгоритм оценивания пространственных координат нескольких объектов по двум периодам сканирования

3.3. Алгоритмы оценивания параметров движения в последовательности периодов сканирования

3.4. Алгоритм сканирования с упреждением

3.5. Компьютерное моделирование работы алгоритмов

3.6. Основные результаты

4. СПОСОБ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ДОПЛЕРОВСКОЙ РАДИОСИСТЕМЕ

4.1. Оценки дальностей в многопозиционной доплеровской системе и анализ точности оценок

4.2. Алгоритм определения траекторных параметров объектов в доплеровской радиосистеме

4.3. Способ и алгоритмы определения пространственного положения и скорости нескольких объектов системой доплеровских приемников

4.4. Повышение точности и надежности системы наблюдения

4.5. Техническая реализация и сложность алгоритмов

4.6. Компьютерное моделирование работы алгоритмов

4.7. Основные результаты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - ПАТЕНТЫ НА СПОСОБЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 - БЛОК-СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ

Список условных обозначений

М - вектор координат положение центра объекта а - орт вектора направления на объект

е - вектор ошибок сопряжения векторов направлений на объект V - вектор скорости объекта Н - матрица поворота вокруг осей ОХ, ОУ, 02 К - ковариационная матрица ошибок

Ь - базовый вектор, соединяющий центры систем координат наблюдателей г - дальность до объекта в - угол места Ф - азимут

а, Р,у - углы поворота вокруг осей ОХ, ОУ, 02 X - длина волны, собственное число матрицы Т - символ транспонирования

щ - фазы сигналов, принятых в элементах атенной решетки 8 - отклонение сигнала, достигшего элемента антенной решетки, параметр

регуляризации I - показатель правдоподобия

J - показатель правильности сопряжения векторов направлений А - погрешность определения координат

Список аббревиатур

АР - Антенная решетка

АЦП - Аналого-цифровой преобразователь

БПФ - Быстрое преобразование Фурье

ДНА - Диаграмма направленности антенны

МКН - Метод наименьших квадратов

МШУ - Малошумящий усилитель

ПК - Персональный компьютер

ПЛИС - Программируемая логическая интегральная схема

ПФ - Полосовой фильтр

СКО - Среднеквадратическое отклонение

ФНЧ - Фильтр низких частот

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В последние несколько десятилетий в области радиосистем развивается новое направление, основанное на использовании сигналов телевизионного вещания и радиосвязи в интересах изучения сигналов отражения от объектов, находящихся в радиополе действия телевизионных станций или станции радиосвязи. В результате воздействия радиополя на объекты возникают сигналы отражения, которые принимаются радиоприемниками, удаленными от радиопередающих станций, и обрабатываются в них. По результатам измерения параметров принятых сигналов находятся координаты положения объектов в пассивном режиме наблюдения системой приемников, отличающихся своей скрытностью, и, как следствие, неуязвимостью. В настоящее время разрабатываются и активно применяются устройства и системы преобразования радиосигналов отражения, позволяющие извлекать информацию из параметров принятых радиосигналов о координатах положения объектов. Примеры таких систем имеются в России и за рубежом: 85B6-A Вега (НИИ Спец-Радио - Россия), Silent Sentry (Lockheed Martin - США), Celldar (BAE Systems и Roke Manor Research - Великобритания), Homeland Alerter 100 (Thales Air Systems, Франция), Cassidian (Германия), Vera NG (ERA - Чехия), Кольчуга-М (Топаз - Украина), DWL002 CETC International (Китай) [81, 84, 92, 93, 88, 97, 99, 111, 115, 116, 117, 118, 120].

Также разрабатываются полуактивные многопозиционные радиосистемы приема сигналов отражения от внешнего передатчика [6, 61, 64, 79, 83, 96].

Такие системы могут играть важную роль при построении систем предотвращения вторжений в охраняемую зону, для обнаружения малоразмерных аэродинамических объектов, беспилотных летательных аппаратов [98, 104].

Особенность существующих пассивных радиосистем состоит в том, что они рассчитаны на большую дальность действия (сотни километров), что обусловлено как способом обработки радиосигналов, так и задачей, стоящей перед ними. А существующие полуактивные многопозиционные радиосистемы, например [6], рассчитаны преимущественно на бортовые носители.

Вместе с тем в настоящее время ставится новая задача перед разработчиками пассивных и полуактивных радиосистем - определение параметров принимаемых радиоприемниками сигналов при наблюдении за неподвижными и движущимися объектами на малой дальности (сотни метров и несколько километров) [25, 35, 74]. Решение данной задачи представляет большой интерес при создании различного рода систем охраны открытых территорий (стадионы, зоны отдыха, частные владения) от воздушных объектов в виде зондов и дронов. Работа посвящена этому решению.

Степень проработанности проблемы. Значительный вклад в развитие теории радиотехнических систем внесли П. А. Бакулев, В.А. Вентцель, В.И. Тихонов., Л.С. Гуткин, Ю.Г. Сосулин, Я.Д. Ширман, И.С. Кукес, С.Е. Фалькович, Черняк В.С., Б.К. Мезин, Ван Трис Г. и другие. В развитие цифровых методов обработки сигналов в радиосистемах значительный вклад внесли В.В. Витязев, С. Н. Кириллов, В.П. Денисов, С.Л. Марпл-мл, Кейпон Дж., А. Оппенгейм, Э. А. Робинсон, Р.О. Шмидт, К. Р. Джонсон, Д. Ваттса и другие.

Цель диссертации. Повышение эффективности работы многопозиционной радиоситемы оценивания параметров сигналов от объектов, позволяющей находить пространственные координаты объектов и векторы скорости их движения с повышенной точностью и надежностью.

Объект исследования - полуактивные многопозиционные радиотехнические системы обработки сигналов отражения от объектов.

Предмет исследования - способы и алгоритмы повышения эффективности работы многопозиционной радиосистемы, отличающиеся повышенной точностью определения пространственных координат и векторов скоростей объектов, а также надежностью работы системы в условиях возможных отказов приемников.

Задачи исследования. Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

1. Разработка способов и алгоритмов оценивания дальностей до объектов и взаимной ориентации многопозиционной системы радиоприемников с повышен-

ной точностью определения пространственных координат объектов в условиях дислокаций приемников при отсутствии активных средств навигации.

2. Разработка способов и алгоритмов определения пространственных координат неподвижных и движущихся объектов, а также векторов скорости движущихся объектов, разрешимых по доплеровской частоте, с повышенной точностью.

3. Разработка алгоритмов определения траекторных параметров одновременно нескольких объектов в течение одного или большего числа периодов наблюдения.

4. Разработка структуры системы приемников с повышенной надежностью работы системы в условиях отказов приемников.

5. Исследование разработанных алгоритмов с получением оценок их точности и вычислительной сложности.

Методы исследования. Для решения перечисленных задач используется современный аппарат математического анализа, линейной алгебры, аналитической геометрии, матричной алгебры, теории цифровой обработки сигналов, теории оценивания и математической статистики, методы математического и компьютерного моделирования.

Научная новизна выносимых на защиту результатов определяется новыми способами обработки радиосигналов при разработке алгоритмов взаимной ориентации приемников, оценивания пространственных координат и векторов скоростей объектов, защищенных патентами и публикациями в рецензируемых научно-технических изданиях.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Способ взаимной ориентации радиоприемников и алгоритмы его реализации позволяют за счет более точной взаимной ориентации приемников снизить СКО оценок пространственных координат объектов наблюдения в среднем в 3 раза в условиях моделирования по сравнению с альтернативным способом и алгоритмом его реализации.

2. Способы оценивания пространственных координат нескольких объектов многопозиционными сканирующей, а также не сканирующей доплеровской ра-

диосистемами и алгоритмы их реализации позволяют снизить СКО оценок пространственных координат объектов за счет учета скорости движения объектов до 2-х раз и дополнительно снизить СКО оценок до 4-х раз за счет ортогонального расположения линий визирования приемников в условиях моделирования по сравнению с альтернативными способами и алгоритмами их реализации.

3. Способ оценивания векторов скоростей нескольких объектов в многопозиционной доплеровской радиосистеме и алгоритмы его реализации позволяют снизить в 1,5 раза СКО оценок координат вектора скорости за счет учета всех его проекций и уменьшить СКО оценок примерно в N раз за счет увеличения числа N передатчиков в условиях моделирования по сравнению с альтернативным способом и алгоритмом его реализации.

4. Структуры многопозиционной системы четырех стереопар радиоприемников позволяют при вероятности отказа каждого приемника от 0,1 до 0,5 обеспечить оценки вероятности обнаружения всех нескольких объектов от 0,99 до 0,94 в условиях моделирования по сравнению с системой, состоящей из одной стереопары.

Практическая ценность работы. Разработанные алгоритмы при их реализации в существующих пассивных и полуактивных радиосистемах позволяют повысить эффективность функционирования таких систем в плане повышения точности определения координат и векторов скоростей объектов, а также надежности системы.

Достоверность полученных результатов определяется соответствием математических моделей сигналов известным описаниям, корректностью математических преобразований на основе моделей сигналов при разработке алгоритмов, подтверждением работоспособности алгоритмов компьютерным моделированием, согласованием выводов аналитических и экспериментальных исследований.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс Рязанского государственного радиотехнического университета имени В.Ф. Уткина (РГРТУ) в виде программно-алгоритмического обеспечения методических указаний к практическим занятиям "Повышение

надежности пассивной системы видения", предназначенных для магистрантов направлений магистратуры «Радиотехника» и «Управление в технических системах». Разработанные в диссертационной работе способы и алгоритмы внедрены в разработки компании ООО "Технология и торговля мегалайн" при создании систем охранного наблюдения в зонах промышленного кластера. Внедрения подтверждены соответствующими актами.

Личное участие автора. Автору принадлежат на правах соавтора математические постановки задач, способы и алгоритмы их решения, отраженные в главах диссертации, а также компьютерное моделирование работы алгоритмов. Степень авторства подтверждается соответствующим заключением.

Апробация работы. Результаты исследований, составляющих основное содержание диссертации, докладывались на 5 Международных и 2 Всероссийских научно-технических конференциях:

• Международный научно-технический форум «Современные технологии в науке и образовании - СТНО-2018» (Рязань, 28 февраля - 02 марта 2018 г.);

• XX Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и её применение — В8РЛ-2018» (Москва, 28 - 30 марта 2018 г.);

• Всероссийские открытые Армандовские чтения (Муром, 28 - 30 мая

г.);

• II Всероссийская конференция «Современные технологии обработки сигналов - СТОС-2019» (Москва, 13 декабря 2019 г.);

• II Международный научно-технический форум «Современные технологии в науке и образовании - СТНО-2019» (Рязань, 27 февраля - 01 марта 2019 г.);

• XXV Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь - RLNC2019» (Воронеж, 16 - 19 апреля 2019 г.);

• III Международный научно-технический форум «Современные технологии в науке и образовании» (СТНО-2020) (Рязань, 4 - 6 марта 2020 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 патента на изобретение, 8 тезисов докладов на Международных и Всероссийских конференциях.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы. Материал изложен на 136 страницах, включает 15 рисунков и 23 таблицы, а также 3 приложения. Список использованной литературы содержит 120 наименований.

Краткое содержание работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Способы и алгоритмы обработки сигналов от объектов в многопозиционной радиосистеме наблюдения»

Во введении дана общая характеристика работы.

В первой главе сделан обзор методов обработки сигналов в существующих многопозиционных радиосистемах. Дано описание известных методов определения положения источников излучения на основе измерения параметров принимаемых сигналов. Показаны их достоинства и недостатки. Сформулированы актуальные задачи обработки сигналов в радиосистеме позиционирования. Рассмотрена математическая модель сигнала в доплеровской радиосистеме. Даны постановка и формализация задач диссертационного исследования.

Во второй главе разработаны способы и алгоритмы взаимной ориентации приемников в радиосистеме при известных и неизвестных дальностях до контрольных объектов и дан анализ погрешностей. Предложены способы и алгоритмы оценивания дальностей до объектов и пространственного положения объектов на основе достаточного условия сопряжения ортов векторов направлений на источники сигналов в приемниках. Получены количественные характеристики работы алгоритмов. Показано преимущество по точности оценок координат и быстродействию предложенного алгоритма ориентации в сравнении с альтернативным алгоритмом. Проведено аналитическое исследование точности алгоритмов.

В третьей главе решены задачи обработки сигналов в сканирующей радиосистеме. Разработаны способ и алгоритмы, основанные на обработке ортов векторов направлений на объекты в одном и двух периодах сканирования в виде решения системы уравнений в матричной форме. Первый подход позволяет по данным одного периода сканирования находить оценки пространственного положения объектов и скорость изменения их координат в системе трех радиоприемников. Второй подход позволяет по данным двух периодов сканирования находить оценки тех же параметров в системе двух радиоприемников. Разработан алгоритм опре-

деления параметров движения нескольких объектов в последовательности периодов сканирования и его модификация. Предложен алгоритм сканирования с упреждением, позволяющий увеличить скорость слежения за объектами и их обнаружения без ошибок первого и второго рода за счет вывода линий визирования антенн приемников в упрежденные точки пространства появления объектов.

В четвертой главе разработаны способ и алгоритмы обработки сигналов в многопозиционной доплеровской не сканирующей радиосистеме. Особенность доплеровской системы заключается в возможности оценивания параметров нескольких движущихся объектов, различимых по доплеровской частоте, за короткий промежуток времени, длительность которого определяется скоростью работы вычислительного процессора. Алгоритмы реализуют два подхода к решению задачи оценивания пространственных координат нескольких объектов и построения траекторий их движения в системе нескольких доплеровских приемников: алгебраический, основанный на решении системы уравнений в матричной форме, и алгоритмический, основанный на выделении наиболее правдоподобных групп векторов направлений на объекты в последовательности периодов сканирования. Разработаны алгоритмы определения векторов скорости обнаруженных объектов в доплеровской радиосистеме, основанные на алгебраическом подходе. Предложены структуры системы приемников с повышенной надежностью и точностью работы системы в целом.

В заключении перечисляются результаты диссертации, подтверждающие основные положения, выносимые на защиту.

В приложении содержатся титульные листы патентов, акты внедрения и блок-схемы алгоритмов.

1. ЗАДАЧИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ОТ ОБЪЕКТОВ В МНОГОПОЗИЦИОННОЙ РАДИОСИСТЕМЕ

1.1. Обзор методов обработки сигналов в существующих многопозиционных

радиосистемах

Многопозиционная радиосистема состоит из нескольких разнесённых в пространстве радиоприемников, в которых осуществляется совместная обработка принимаемых сигналов. Интерес к многопозиционным пассивным радиосредствам в последнее время возрастает [28]. Определение местонахождения источника радиоизлучения зачастую является сложным, многоступенчатым процессом. Радиоприемники, размещённые в контролируемой области пространства, позволяют при использовании метода триангуляции обнаруживать источник радиоизлучения с точностью до нескольких километров (обычно это [1^3] % от расстояния между приемниками). Положение источника радиоизлучения может быть определено и более точно, например при помощи приемников мобильного (или бортового) базирования, а также с помощью портативных систем [5].

Задачей многопозиционной радиосистемы является определение положения подвижного объекта, например корабля или самолета в земной системе координат. В последнее время распространены спутниковые навигационные системы. Но в целом ряде важных областей потребность в автономной работе радиосистемы позиционирования по-прежнему остается актуальной, включая радиоконтроль и выявление местоположения источников радиоизлучения в случае отказа спутниковых систем [4, 50].

Потребность в быстром и точном определении координат источников радиоизлучения возрастает с увеличением числа мобильных, в том числе портативных, средств связи:

• в аппаратуре радиоконтроля при поиске источников радиопомех, обнаружении незарегистрированных передатчиков;

• в службах безопасности при борьбе с организованной преступностью;

• в военных целях [95];

• в интеллектуальных системах связи - системы множественного доступа с пространственным разделением каналов [86];

• в научных исследованиях - в радиоастрономии, при дистанционном изучении Земли.

В настоящее время в радиотехнических системах наблюдения за объектами наибольшее распространение имеют системы, построенные на основе вращающейся направленной антенны (либо вращающейся диаграммы направленности), двухканальные автоматические системы (Ватсона-Ватта, Эдкока), фазовые системы, доплеровские и квазидоплеровские системы, корреляционные интерферометры, системы со сверхразрешением [3, 17, 18, 29, 100, 110].

По методу получения информации о направлении на источник излучения многопозиционные радиосистемы делятся на амплитудные, фазовые и амплитудно-фазовые. Для многофункциональных систем радиотехнического мониторинга используются системы со сверхразрешением, которые делают возможным работать практически с любыми видами радиосигналов [55, 62, 63]

Амплитудный метод. В амплитудном методе применяют антенную систему, имеющую диаграмму направленности антенны (ДНА) с одним или несколькими четкими минимумами или максимумами [16, 75]. Например, в диапазоне ультракоротких волн типично применение антенн типа волновой канал для поиска источника излучения по максимуму. В диапазоне коротких волн часто применяется рамочная антенна, диаграмма направленности которой имеет форму восьмерки с двумя четкими минимумами.

Недостатком амплитудного метода является низкая точность измерения угловых координат, низкая разрешающая способность и чувствительность к амплитудным флуктуациям принятого сигнала. Преимуществом - простота технической реализации и малое влияние шумов на точность определения положения источников излучения.

Фазовый метод. В фазовых методах применяют антенную систему, которая позволяет различать сигналы, приходящие с различных направлений, путём ана-

лиза фаз принимаемых несколькими антеннами сигналов [10, 23, 30, 70]. Как правило, работа с этим методом автоматизирована.

Комбинированный метод. В комбинированных методах наиболее часто используют амплитудно-фазовый метод. Вывод о направлении (в некоторых случаях и о расстоянии) на источник радиоизлучения делается на основании характера изменения доплеровского сдвига частоты сигнала [19, 46, 66, 106].

1.2. Актуальные задачи обработки сигналов в радиосистеме

Значительный вклад в развитие теории радиотехнических систем внесли Бакулев П. А., Гуткин Л.С., Мезин Б.К., Сосулин Ю.Г., Тихонов В.И., Фалькович С.Е., Черняк В.С., Ширман Я.Д., Ван Трис Г. Кукес И.С. и другие. В развитие цифровых методов обработки сигналов в радиосистемах значительный вклад внесли Витязев В.В., Денисов В.П., Кириллов С.Н., Шмидт Р.О., Ваттса Д., Джонсон К. Р., Кейпон Дж., Марпл-мл. С.Л., Оппенгейм А., Робинсон Э. А. и другие [6, 7, 13 -15, 20, 21, 29, 31, 47, 48, 53, 54, 60, 68, 69, 71, 72, 77].

Наиболее перспективными направлениями развития теории и техники подобных систем стали:

- совершенствование многоканальных систем, оснащенных антенными решетками (АР);

- широкое внедрение методов цифровой обработки сигналов;

- разработка методов обработки широкополосных сигналов радиоизлучения;

- разработка методов компенсации инструментальных погрешностей, внесенных антенной системой, внешними и внутренними источниками шума, неидентичностью каналов, погрешностями оцифровки и т. д.;

- разработка методов и алгоритмов разрешения нескольких источников, функционирующих в одной и той же полосе частот (как для некоррелированных между собой сигналов, так и для взаимно коррелированных сигналов).

Усилия многих разработчиков аппаратуры радиосистем позиционирования, в частности, ведущих мировых лидеров в данной области - фирм Rohde&Schwarz (Германия) и TCI (США) [94, 90, 91] направлены на создание эффективных мето-

дов и алгоритмов обработки принимаемых сигналов с компенсацией систематической погрешности измерения угловых координат источников радиоизлучения в реальном времени. Такие погрешности обусловлены дифракционными явлениями, возникающими при рассеянии падающей электромагнитной волны на антенной системе, опорной мачте и корпусе ее носителя (автомобиля, летательного аппарата, морского судна).

Начиная с шестидесятых годов прошлого века и до настоящего времени многие отечественные (Абрамович Ю. И., Гершман А. Б., Караваев В. В., Леховицкий Д. И., Макаров Е. С., Манжос В. Н., Нечаев Ю.Б., Сазонов В.В., Черемисин О. П., Ширман Я.Д. и др.) [1, 17, 18, 27, 29, 51, 55, 57-59, 65, 78] и зарубежные (Barabell A., Capon J., Fгiedlandeг B., Kailath, Kaveh M., Haará M., Haгi K.V.S., Mestгe X., Moudi M.P., Nehorai A., Ottereten B., Pillai U., Rao B.D., Reilly D.P., Sato T., Schmidt R., Stoica P., Swindlehuгst L., Vibeгg M., Wax M., Weiss A.) исследователи интенсивно развивали методы оценивания угловых координат источников радиоизлучения со сверхразрешением [80, 101-109, 113, 114].

1.3. Математическая модель сигнала в радиосистеме и методы определения

угловых координат объектов

Наблюдение за объектами в радиосистеме ведется в антенной угловой системе координат азимута ф и угла места 0. Расчеты ведутся в прямоугольных координатах. При этом ось OZ перпендикулярна плоскости антенны и направлена в сторону объектов, а оси OX и OY расположены так, как показано на рисунке 1.1. Азимут ф отсчитывается от оси OZ, угол места в - относительно плоскости OXZ.

В данной системе координат положение центра объекта (точка M на рисунке 1.1) определяется вектором OM = Ra, где R - дальность до объекта, a -орт вектора OM с координатами ах = cos в sin р, ау = sine, az = cos в cos р. При

расчетах будем пользоваться матричным обозначением орта:

a = [cosesinp sine cosecosp]r, (1.1)

где "T" - символ транспонирования.

У А

м

х

ъ /

Рисунок 1.1- Системы координат, используемые в радиосистеме.

Радиопередатчик, расположенный отдельно от приемника, посылает периодический сигнал ) = ие'+Фо), где ио - амплитуда; / - несущая частота: / = с / X, X - длина волны, с - скорость света; ф0 - начальная фаза; t - текущее

время. Сигнал, отражаясь от поверхности /-го объекта (г = 1, т, т -число объектов) с угловыми координатами (щД), достигает q-х приемных элементов антенной решетки (q = 1, Q, Q - число элементов АР) к-го приемника (к = 1, п, п - число приемников) и индуцирует в них шгаалы ^), q =1 Q. фазы ^ = фкщV<,Д) сигналов ^ (^) отражения от /-х объектов, принятых в q-х элементах АР, описываются моделью:

где б = б(< , Д) - случайное изменение фазы при отражении сигнала от /-го объекта в направлении < ,Д ; = [г0. ^) + г^. ^)]/ с, г0г (?) - расстояние, которое сигнал проходит от момента времени его излучения передатчиком до момента отражения от /-го объекта; г^ (^) = г^ , Д) - расстояние, которое сигнал проходит

после отражения от движущегося объекта в <ры ,Д -м угловом направлении до попадания на q-й элемент АР к-го приемника, причем

¥кщг = - ) + Ф0 +Б,

(t) = R + V , (t) = R + ^ + V ,

где R и R - радиальные дальности до объекта соответственно от передатчика и от центра к- го приемника, если бы объект был неподвижен; v0i и vki - проекции вектора скорости v объекта на направления передатчика и приемника; ¿V (РыА) - отклонение сигнала, достигшего q-го элемента АР, относительно центра АР. С учетом принятых обозначений фаза сигнала, принятого в (р,в-м направлении на i-й объект, запишется как

Пцг = Vhp (t ,р,в) = 2f(1 - Vri; ) / C - 2^f0[(R0r + Rki) / C - Stql / C + Ф0 +S]

Дифференцированием ^ по t получаем суммарную доплеровскую частоту

fiV-■ = f0(i-^ /c),

2ж dt

которая зависит от суммы радиальных проекций скоростей v.s = v0. + v .

Обозначим измеряемый доплеровский сдвиг частот: fid = f0 - fiZ= f0viZ / c. Тогда фаза запишется как

Wbt = 2f- 2^fJ -(2^/ X)(R0, + Rk,)-(2^/ Wq +Ф0 +£• (1.2)

Представим фронт отраженной от i-го объекта волны, достигшей центра АР k-го приемника, касательной плоскостью с нормальным вектором

Г —.T Т7

П =3, 31а =\_ax ay az J =[C°A SinPAi C0A C0( ], (1.3)

где akl - орт i-го направления на объект в местной k-й системе координат.

Считаем, что плоский фронт с таким же нормальным вектором достигает центра остальных приемных элементов АР.

Тогда величина 8i определится как отклонение центра q-го приемного элемента от плоскости, проходящей через начало координат, с помощью скалярного произведения векторов Оа.А? = (д yq о) и аь :

^(<%, А) = О*.\ ■ аА7 = ^ cos 0h sin(ph + yq sin 0h (1.4)

где O - центр АР в местной системе координат, А = (xq У\ 0) - центр q-го приемного элемента АР.

Определение угловых координат объектов при сканирования антенны

Сканирование антенны по угломерному пространству зоны обзора осуществляется узким (порядка 10 - 3°) лучом при соответствующей ширине ДНА (на уровне 0,5 мощности).

Рисунок 1.2 - Антенная решетка. Сигнал, отраженный от т объектов и принимаемый q-м приемным элементом

АР (q = 1, Q) к-го приемника ( к = 1, п) (см. рисунок 1.2), имеет вид

тк

до+^ (о, (1.5)

Х1щ , ,

г=1

где т - число сигналов отражения от объектов, принятых в к-м приемнике; (?) - шум приемной аппаратуры.

Обозначим ^ (?) = икеА1ж/0-2/-(1ж/Х(П°' +Кк' )+Ф° +б] ,

Ау = -2п/ С1 <, к) - фазовый набег сигнала от центра АР до центра q-го

^^ с

элемента АР.

Представим выражение (1.5) в следующей матричной форме:

е JAVk 1,1 е)^Ч>к\Л ' h^) _ "

Xk (t) = Qj AVk 2,1 eJ&Vk2,2 +

eJ^kOl eJ^kQi . j^kQmk Skmk (t) _%kQ _

(1.6)

где Xk(t) = [xkl(t) xk2{t) мых АР £-го приемника;

S*(0 = [4i(0 ^2(0 1

от объектов;

Ш = [ш 42(0

а2 составляющих;

хко ( /) - ^-мерный вектор сигналов, принимае-

т -мерный вектор сигналов, отраженных

A =

gj^Vkn gj^Wk 1,2 gj^Vk 2,1 jk 2,2

gjAwkei gj'AWkei

0 ~~ 0 -мерный шумовой вектор с дисперсией

J^WkQm

При переходе к цифровым ¡-м отсчетам сигналов выражение (1.6) для к-го приемника принимает вид

Ък(р) = А$к (М) + ^ (М), м = 1, V.

Цифровые пеленгационные алгоритмы позволяют определить количество тк сигналов от объектов, а также угловые координаты (<ры ) с помощью обработки корреляционной матрицы Я , формируемой из N цифровых отсчетов сигналов с выходов АР, как

1 N

R xx = - X Xk (M)XH (м),

N М=1

(1.7)

где Н - символ транспонирования и комплексного сопряжения.

Предполагается, что сигналы от разных объектов некоррелированны, шумы некоррелированны между каналами и с сигналами от объектов, мощности шумов во всех каналах одинаковы. В этом случае выражение (1.7) принимает вид:

T

R „ = AR я A + ,

1 N

где Rss =—£ S (m)S f (м) ~ корреляционная матрица сигналов Sk(ju);

N м=1

I - единичная матрица.

В итоге алгоритм углового сверхразрешения MUSIC представляется следующим образом.

1. Накопление цифровых отсчетов Xk(w), л = 1, ... , N, сигналов, принимаемых антенной решеткой, и нахождение оценки корреляционной матрицы

1 ^

R xx =1 £ (M)xf (м) •

N м=1

2. Разложение R^ по собственным значениям Л и векторам V:

R XX V = VA, где Л = diag(\,\),Л-Л-••• — Л •

3. Оценка числа сигналов m с помощью критериев Акаике или минимальной длины описания [87, 119].

4. Вычисление пространственного спектра MUSIC по формуле

1

P(P,0):

gf (^xZVVf)g(^) (18)

где g(p,0) = ных значений.

ej А.щ(у,в) eJ (Ф,в)

М=1

T

, m - число наибольших собствен-

5. Определение угловых координаты ), i = \,щ по положениям шк

наибольших максимумов пространственного спектра (1.8).

Последнее иллюстрируется на рисунке 1.3 по результатам моделирования работы алгоритма в среде МАТЬАБ.

Рисунок 1.3 - Пример оценки пространственного спектра алгоритма MUSIC.

Амплитудно-фазовый метод определения угловых координат

Информативной помимо фазы является и амплитуда сигнала, отраженного от /-го объекта и принимаемого антенной k-го приемника, прямо зависящая от мощности передатчика и обратно - от квадрата дальности до объекта.

Амплитудный метод измерения угловых координат основан на сканировании области обзора и фиксации координат, при которых амплитуда отраженного сигнала, превышающая порог обнаружения полезного сигнала, принимает наибольшее значение. При этом ошибка измерения угловых координат не превышает половины ширины ДНА (на уровне 0,5 мощности).

Для повышения точности оценок координат применяется амплитудно-фазовый метод. В процессе сканирования антенны фиксируются угловые координаты направления на точечный источник сигнала, после чего координаты уточняются фазовым методом в пределах ДНА. Для узкой ДНА (порядка 10) проблема неоднозначности измерения фазы практически снимается.

Определение угловых координат при доплеровской обработке сигналов

Оценка доплеровского сдвига частот в д-х приемных каналах (д = 1, Q) к-х

приемников (к = 1, п) осуществляется с помощью функции неопределённости

1 N и - J Inf

Z Т, fg) = 1 X Xkq (м-тХ №

N k=1

(1.9)

где - ¡-й отсчет сигнала (1.5), отраженного от т объектов и принимае-

мый в д-м приемном элементе АР к-го приемника; хо (^) - опорный сигнал, принимаемый в опорной антенне от передатчика.

Доплеровские частоты ) , соответствующие /-м объектам, находятся по максимуму функции (1.9), что иллюстрируется на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Пример оценки доплеровских частот с помощью функции неопределённости на нулевой задержке.

Определение угловых координат на доплеровских частотах.

Алгоритм сводится к следующему.

1. В каждом д-м канале приемника в полосе доплеровских частот выделяются частоты ) , соответствующие /-м движущимся объектам. Для таких частот запоминаются спектральные отсчеты - комплексные величины Снайденные

по максимуму функции (1.9). Определяются фазы ц/ = arg С

1'

2. Для одинаковых (или близких) во всех Q каналах /-х частот фазы у

дг

д = 1, Q, подаются на вход алгоритма оценивания угловых координат /-х объектов. Для 4-канальной АР (Q = 4), приемные элементы которой расположены на

плоскости в точках с координатами: \ =(d /2 0 0), А2 =(0 ^ /2 0), А = (^ /2 0 0), А4 = (0 - d /2 0), d - базовое расстояние, фазы у с учетом (1.2), (1.4) принимают вид (символ / временно опускаем)

у = (2л/Л) 8х+% = (2л/ Л)(ах ■ d/2 + а • 0 + а • 0) + %

у = (2л / Л) б2+%2 = (2л / Л)(а ■ 0 + а ■ d /2 + а ■ 0) + у = (2л / Л) ¿>3 + = (2л / Л)(-а ■ d /2 + а ■ 0 + а • 0) + у = (2л / Л) + = (2л / Л)(а ■ 0 - а ■ d /2 + а ■ 0) +

3. Берутся разности фаз у для исключения общей для всех каналов составляющих случайной величины % :

ЛУх = у -Уз = ^т+ ,

Л

ЛУт =У2 -У4 = ^Тayd + ЛПг, Л

где Л^1 =%1 -%з и =%2 -%4.

4. Вычисляются координаты орта направления на объект как

а% =ЛУ*Л, О* =ЛУГ2Л , ^ .

Замечание. Считаем, что вопрос устранения неоднозначности при измерении разности фаз алгоритмически решен, например [8, 9, 24, 22].

1.4. Постановка и формализация задач диссертационного исследования

Рассматривается многопозиционная система наблюдения за группой т малоразмерных воздушных объектов (т > 1). Система состоит из п приемников (п > 2), взаимно ориентированных и расположенных на местности (рисунок 1.5), принимающих сигналы отражения от объектов в радиодиапазоне длин волн. Приёмники могут работать в двух режимах: приём сигналов от неподвижных и медленно

движущихся объектов при сканировании антенны в растровом режиме узкой ДНА (порядка 10) по угломерному пространству азимута и угла места; приём сигналов от быстро движущихся объектов широкой ДНА (порядка 300) при фиксированном положении антенны с последующей узкополосной фильтрацией в спектре допле-ровских частот. Предполагается, что все объекты разрешены по пространству или по частоте с помощью известных алгоритмов сверхдоплеровского разрешения [29, 53, 52].

М:

а}(1)Щ2),ЩЗ) Щт)

Рисунок 1.5 - Многопозиционная радиосистема пеленгации.

Приемники и передатчик синхронизированы, ведется когерентная обработка сигналов в импульсном режиме. При приеме каждой посылки пачки импульсов фазы приемных сигналов в измерительных каналах определяются на начальном временном промежутке получения сигнала до прихода эхо-сигналов отражения от местности. Приемники ориентированы в единой системе координат и контролируют общую зону обзора. Результатом наблюдения являются угловые координаты азимута и угла места направлений на источники сигналов, которые пересчитыва-ются в прямоугольные координаты ортов векторов направлений на источники. В радиосистемах для определения пространственных координат объектов используются различные методы [34, 36, 40, 43], в том числе для полуактивных систем с

удаленным передатчиком. Однако подробное математическое и алгоритмическое решение задачи определения пространственных координат источника сигнала отсутствует. Данный пробел восполняется результатами диссертационного исследования.

Для системы ближнего зондирования, которая является предметом данного исследования, эффективен метод стереопары [76], который обычно применяется для двух оптических приемников. В дальнейшем метод стереопары берется за основу для реализации в системе радиотехнических приемников совместно с радиотехническими методами определения угловых координат.

Обозначим в матричной форме ак (г) = (г) а^ (г) % (г)]г, г = 1, т, к = 1, п -

орты векторов направлений на источники сигналов, найденные в системах координат к-х приемников на основе измеренных угловых координат источников радиосигналов, где г - номер орта в к-м приемнике; т - число источников (объектов). В радиотехнической доплеровской системе [6] с фиксированным положением ДНА в случае движущихся объектов, различимых по доплеровской частоте, угловые координаты источников сигналов измеряются методом разности фаз за малый промежуток времени. В радиотехнической сканирующей системе, применяющей амплитудно-фазовый метод, время нахождения ортов возрастает за счет переключения положения ДНА. При этом вместе с определением координат ортов фиксируются моменты времени их образования, которые затем учитываются при обнаружении объектов.

По совокупности найденных векторов лк (г), г = 1, т, к = 1, п, многопозиционная система приемников автоматически обнаруживает и находит оценки пространственных координат всех объектов наблюдения. В данной работе ставится ряд задач, направленных на повышение эффективности работы многопозиционной системы при обнаружении объектов ближнего зондирования по сравнению с системой, состоящей из двух приемников. При этом под эффективностью здесь понимается способность системы наблюдения обнаруживать с высокой вероятностью все объекты и с заданной точностью определять их пространственные коор-

динаты при возможных отказах работы отдельных приемников. В работе решаются задачи разработки способов и алгоритмов, указанные во введении.

В основе решения данных задач лежит общий подход, отличающийся введением критерия правильности обнаружения группы объектов в виде достаточного условия сопряжения векторов направлений на объекты, позволяющий повысить эффективность работы мобильной многопозиционной радиосистемы наблюдения за объектами. Сущность критерия сводится к следующему.

Пусть найдены угловые координаты /-х источников сигналов в к-х приемниках

(рк (i), вк (i) и соответствующие орты направления на источники ak (i), i = 1, m, к = 1, n. Существуют S вариантов соединения ортов в s-е группы из n векторов a(ib),a(hs),•••,a(Ls), s = 1,S, iks e {1,2,...,m} . Среди этих S вариантов находятся m

несовпадающих групп ортов а (г*), а (С ),---, а (г*), £ = 1,т, каждая из которых направлена на соответствующий источник сигнала. Для каждой я-й группы (£ = 1, т) можно составить N > п -1 (максимально - числом сочетаний N = Сп) несовпадающих /-х, у-х пар соединений сопряженных (то есть направленных на один и тот же источник сигнала) ортов к-го и д-го приемников ак (г) и а (/'),

г,у е {1,2,...,т}, как оказано на рис. 1.5.

Для каждой /-й, у-й пары в группе выполняется достаточное условие сопряжения в виде линейной зависимости векторов пространственных координат источников М = гка (г) и = г а(/), наблюдаемых с позиций к-х и д-х приемников

(г и г - дальности от к-го и д-го приемников до источника сигнала) и представленных в единой системе координат векторным уравнением

гк (г)Нкак (г) - ГдС/')ИдНд(/') + Ък - Ъд = е (гк, /), (1.10)

где Н (или Н ) - матрица поворота осей при пересчете координат из к-й местной системы в единую (общую) систему координат; Ък (или Ъ ) - базовый вектор

Ьы Ь^ Ьь , соединяющим центр О общей системы координат с центром

bk

О местной к-й системы; е(4, Д) = [^ еу ^ ] - вектор ошибок сопряжения

(нулевой вектор при отсутствии ошибок). В векторно-матричной форме (1.10) принимает вид

AR - \а = <h q Jq )

a'kx (i) -a'qx (J) ' " Я (i ) " \b 1 x e x

a'ky (i) -a'qy (j) _ Я CJ )_ — by — ey

_akz (i) -a'qz (j ) b _ _ ez _

(1.11)

где

ak (i) — Hkak (i) — [al(i) a'ky (i) d^ (i)]T ; a'e (j) = H a, (j) = К (j) a; (j) a'qz (j)]t ; \q = b, - b

k

Критерием правильности сопряжения является квадрат евклидовой нормы вектора ошибок сопряжения [49]

Jq (k, Jq ) = iie(ik, Jq)l|2=eT (ik, Jq) e(ik, Jq). (1.12)

Минимизацией (1.12) в векторно-матричной форме (1.11) находится вектор оценок дальностей

R = [Як (i) rq (J)]T — (ATA)-1 ATbk,q (1.13)

для данной i-й, j-й пары ортов ак (i) и а (J). Правдоподобие сопряжения данной

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Конг Хоай, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамович Ю.И. Регуляризованный метод адаптивной оптимизации фильтров по критерию максимума отношения сигнал/помеха // Радиотехника и электроника. 1981. Т.26, №3. С. 543-551.

2. Антенны: учебное пособие для бакалавров и магистрантов, обучающихся по направлениям 210200, 211000, 210700 / Ю. Т. Зырянов, П. А. Федюнин, О. А. Белоусов и др. Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ». 2014. 128 с.

3. Афанасьев О. В. Вычислительный алгоритм фазового пеленгатора с кольцевой антенной решеткой без центрального антенного элемента [Текст] / О. В. Афанасьев, А. Д. Виноградов, И. С. Дмитриев // Антенны, выпуск 5 (168), 2011. С. 30 -36.

4. Ашихмин А. В, Козьмин В. А., Рембовский А. М., Сергиенко А Р. Технические характеристики и особенности построения автоматических радиопеленгаторов семейства артикул / Спецтехника и связь. 2008. С. 26-35.

5. Ашихмин А. В., Козьмин В. А., Негробов В. В., Пастернак Ю. Г., Рембов-ский Ю. А. Анализ перспективных направлений развития методов оценки угловых координат источников радиоизлучения / Вестник воронежского государственного технического университета. 2009. т. 5, № 9. С. 47-55.

6. Бакулев П. А. Радиолокационные системы: учебник для вузов. М.: Радиотехника, 2007. 376 с.

7. Белавин О.В., Вентцель В.А., Ульянов B.C. Коротковолновые радиопеленгаторы. М.: Оборонгиз, 1959. 124 с.

8. Белов В.И. Алгоритмы устранения неоднозначности в фазовой многоканальной измерительной системе / Радиотехника и электроника. - 1976. - Т. 21, № 8. -С. 1657.

9. Белов В.И. Квазиоптимальный алгоритм устранения неоднозначности в многошкальной фазовой измерительной системе / Радиотехника и электроника. -1990. - Т. 35, № 8. - С. 1642

10. Белов В.И. Теория фазовых измерительных систем: Монография. Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 2007. 148 с.

11. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 1. Теория обнаружения, оценок и линейной модуляции. (Detection, Estimation, and Modulation Theory. P.I.) / Перевод с английского под редакцией В.И. Тихонова // М.: Издательство «Советское радио». Редакция литературы по вопросам космической радиоэлектроники, 1972.

12. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 2. Теория нелинейной модуляции. (Detection, Estimation, and Modulation Theory. P.II. Nonlinear Modulation Theory) / Перевод с английского В.В. Липьяйнена под редакцией В.Т. Горяинова // Москва: Издательство «Советское радио». Редакция литературы по вопросам космической радиоэлектроники, 1975.

13. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 3. Обработка сигналов в радио- и гидролокации и прием случайных гауссовых сигналов на фоне помех. (Detection, Estimation, and Modulation Theory. P.III. Radar-Sonar Signal Processing and Gaussian Signals in Noise) / Перевод с английского В.В. Липьяйнена под редакцией В.Т. Горяинова // Москва: Издательство «Советское радио». Редакция литературы по вопросам космической радиоэлектроники, 1977.

14. Витязев В.В. Многоскоростная обработка сигналов / М.: Горячая линия -Телеком, 2017. 336 с.

15. Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь, 1993. 240 с.

16. Воскресенский Д.И. и др. Устройства СВЧ и антенны / под ред. Воскресенского Д.И. // М.: «Радиотехника». 2016. 560 с.

17. Гершман А.Б. Адаптивное разрешение некоррелированных источников по координате / А.Б. Гершман, А.Т. Ермолаев, А.Г. Флаксман // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. №8. С. 941-946.

18. Гершман А.Б. Анализ сверхразрешения некоррелированных источников излучения в адаптивных антенных решетках. / А.Б. Гершман, А.Т. Ермолаев, А.Г. Флаксман // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. №11. С. 1674-1379.

19. Гришин Ю. П., Ипатов В. П., Ульяницкий Ю. Д. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / М.: Высшая школа 1990. 496 с.

20. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств / М.: Радио и связь, 1986. 288 с.

21. Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуацион-ных помехах / М.: Сов. радио, 1972. 225 с.

22. Денисов В.П. Максимально правдоподобное разрешение неоднозначности многошкальных фазовых измерений // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1977. -Т. 20, № 7. - С. 63.

23. Денисов В.П. Фазовые радиопеленгаторы / В.П. Денисов, Д.В. Дубинин. Томск: Изд-во ТУСУР, 2002. 251 с.

24. Денисов В.П., Дубинин Д.В., Крутиков М.В., Мещеряков. А.А. Исследование работы фазового пеленгатора с квазиоптимальным устранением неоднозначности на наземных трассах. Доклады ТУСУРа. №2 (24), часть 1. Декабрь 2011 г. С. 7-15.

25. Зайцев Н.А., Платов А.В., Потапов В.А. Радиолокационные станции разведки наземных движущихся целей. Современный уровень и основные направления развития. Вестник Концерна ВКО «Алмаз - Антей». 2014;(1): С. 41-44. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2014-1 -41 -44.

26. Захарова Л. Н., методы радиолокационной интерферометрии в исследовании характеристик земных покровов: дис. канд. тех. наук Фрязино - 2011.

27. Зотов С.А. Методы сверхразрешения в задачах радиопеленгации // Информационные процессы и технологии в обществе и экономике. 2006. №3. С. 1226.

28. Зырянов Ю. Т., Белоусов О. А., Федюнин П. А. Основы радиотехнических систем: учебное пособие / Глинкина Т. М. Тамбов: издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011. 142 с.

29. Кейпон Дж. Пространственно-временной спектральный анализ с высоким разрешением // ТИИЭР. 1969. Т.51. №12. С.69-79.

30. Кинкулькин И. Е. Рубцов В.Д. Фабрик М.А. Фазовый метод определения координат. М.: «Советское радио» 1979, 280 с.

31. Кириллов С. Н. Практические аспекты применения алгоритмов цифровой фильтрации и обработки сигналов в радиотехнических системах. Часть 1 Перспективные методы цифровой фильтрации в радиотехнических системах: монография / под ред. С. Н. Кирилова. Рязань: РГРТУ. 2009. 272с.

32. Клочко В. К. Математические методы формирования изображений в технических системах. Часть 2. Радиовидение в радиометрических системах: учеб. пособие. Рязань: РГРТУ. 2017. 120 с.

33. Клочко В. К. Обнаружение движущихся объектов пассивной сканирующей системой // Автометрия. 2019. Т. 55, № 1 . С. 62 - 69.

34. Клочко В. К., Гудков С. М., Нгуен К. Х. Задачи пространственно-временной обработки изображений объектов в пассивной системе радиовидения // Радиотехника. 2018. № 5. С. 78-85.

35. Клочко В. К., Гудков С. М., Нгуен К. Х. Пассивное обнаружение и сопровождение объектов в системах ближнего зондирования. Воронежский государственный университет. 2019. С. 41-50.

36. Клочко В. К., Нгуен К. Х. Способ определения пространственного положения и скорости в группе объектов системой доплеровских приемников // Патент на изобретение RU 2726321 С1. 13.07.2020. Заявка № 2019138990 от 29.11.2019.

37. Клочко В. К., Нгуен К. Х. Обнаружение движущихся объектов в многопозиционной системе радиоприемников // Радиотехника. 2019. Т. 83, № 11 (18). С. 47 - 56. 001: 10/18127/]00338486-201911(18)-07.

38. Клочко В. К., Нгуен К. Х. Способ ориентации систем координат наблюдателей в пассивной системе видения // Патент RU 2682382 С1. Номер заявки: 2018111855, дата регистрации: 02.04.2018, дата публикации: 19.03.2019.

39. Клочко В.К., Гудков С.М., Нгуен К.Х. Анализ погрешностей при передаче координат объектов в системе совмещенных приемников/ Вестник Рязанского

государственного радиотехнического университета. 2019. № 69. С. 33-41. 001: 10.21667/1995-4565-2019-69-33-41.

40. Клочко В.К., Гудков С.М., Нгуен К.Х. Оценивание пространственных координат объектов в системах тепло- и радиовидения // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2018. Вып. 63. С. 27 - 33.

41. Клочко В.К., Гудков С.М., Нгуен К.Х. Сравнительный анализ методов оценивания координат объектов в пассивной системе радиовидения // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2018. № 2. Вып. 64. С. 23 - 28, Б01: 10.21667/1995-4565-2018-64-2-23-28.

42. Клочко В.К., Нгуен К.Х. Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения/ Патент RU 2681518 С1, 07.03.2019. Заявка № 2018111854 от 02.04.2018.

43. Клочко В.К., Нгуен К.Х. Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения/ Патент RU 2700275 С1, 16.09.2019. Заявка № 2018139845 от 12.11.2018.

44. Клочко В.К., Нгуен Х. К. Алгоритмы траекторного сопровождения нескольких объектов в пассивных системах радиовидения /Радиотехника. 2019. Т. 83. № 5-2. С. 168-174. Б01: 10.18127^00338486-201905(6)-18.

45. Коберниченко В. Г., Сосновский А. В. Интерферометрическая обработка данных космической радиолокационной съемки высокого разрешения. Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Том 15. №3. 2012. С. 75-83.

46. Котоусов А.С. Теоретические основы радиосистем. Радиосвязь, радиолокация, радионавигация. М.: Радио и связь, 2002, 224 с.

47. Кукес И.С. Старик М.Е. Основы радиопеленгации. М., «Советское радио» 1964, 640 с.

48. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации / М.: Сов. радио, 1964. -640 с.

49. Линник, Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений / Линник Ю.В. М.: ГИФМЛ, 1962. 372с.

50. Мазор Ю.Л., Мачусский Е.А., Правда В.И. Радиотехника: Энциклопедия. M.: Додэка XXI, 2002г. 948 с.

51. Макаров, Е.С. Анализ углового сверхразрешения источников электромагнитного поля в многоканальных системах с малой апертурой. [Текст]. Воронеж, 2009. 167 с.

52. Манохин Г.О., Гельцер А.А., Рогожников Е.В. Увеличение разрешающей способности радиолокационной системы за счёт параметрических методов обработки сигналов / Вестник СибГУТИ. 2015. №1. С. 15-23.

53. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / М.: Мир, 1990. 584 с.

54. Мезин Б.К. Автоматические радиопеленгаторы / М.: Сов. радио, 1969, 216 с.

55. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию; пер. с англ. Москва: Радио и связь, 1986. 448 с.

56. Нгуен К.Х. Определение параметров движения объектов в пассивной сканирующей системе // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2019. Вып. 67. С. 19 - 23. DOI: 10.21667/1995-4565-2019-67-1-19-23.

57. Нечаев Ю. Б. Сравнительный анализ сверхразрешающих алгоритмов радиопеленгации / Ю. Б. Нечаев, С. А. Зотов, Е. С. Макаров // Радиолокация, навигация, связь: XIII междунар. науч.-техн. конф., апрель 2007. С. 2102-2109.

58. Нечаев Ю.Б. Повышение точности пеленгации при использовании сверхразрешающих алгоритмов обработки / Е.С. Макаров, Ю.Б. Нечаев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т.4, №2. С. 59-62.

59. Нечаев Ю.Б. Радиопеленгация в секторе методами ROOT-MUSIC и ESPRIT с использованием линейных антенных решеток / Е.С. Макаров, Ю.Б. Нечаев // Теория и техника специальной радиосвязи. 2008. №. 3. С.51-58.

60. Оппенгейм А. Цифровая обработка сигналов / А. Оппенгейм, Р. Шафер. М.: Техносфера, 2009. 856 с.

61. Радиолокация по сигналам сторонних источников. Часть 1: современное состояние / А. В. Бархатов, В. И. Веремьев, Д. А. Ковалев, А. А. Коновалов // Инновации. СПб.: Трансфер, 2013, № 9. С.114-119.

62. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь, 2003. 200 с.

63. Ратынский, М. В. Анализ характеристик алгоритмов пеленгации со сверхразрешением / М. В. Ратынский // Радиотехника. 1992. № 10. С. 63-66.

64. Рогожников Е.В. Использование сигналов современных телекоммуникационных систем в пассивных радиолокационных системах / Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 323, № 5. С. 44 - 48.

65. Сидоренко К.А. Разработка методик и алгоритмов повышения быстродействия определения угловых координат априорно неопределенных источников радиоизлучения: дисс. док. тех. наук. Омск, 2013. 127 с.

66. Сорочан, А. Г. Двухканальный доплеровский пеленгатор [Текст] / А. Г. Сорочан, Д. А. Добряк, О. А. Добряк // Восточно-Европейский журнал. 2013. N02/9 (62). С. 34-38.

67. Сосновский А. В., Коберниченко В. Г. Исследование алгоритмов развертывания фазы при формировании цифровых моделей местности методом космической радиолокационной интерферометрии. Известия вузов России. Радиоэлектроника. Специальный выпуск. 2012. С. 84-92.

68. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации/ Москва, Издательство "Радио и Связь", 1992. 304 с.

69. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника / М: Радио и связь, 1982. 624 с.

70. Уфаев В. А., Разиньков С. Н. Алгоритмы пеленгования радиосигналов по фазовым измерениям в кольцевых антенных решётках // Радиотехника, 2003. № 10. С. 78-81.

71. Фалькович С.Е. Оценка параметров сигнала / М.: Сов. радио, 1970. 335 с.

72. Фалькович С.Е., Хомяков Э.Н. Статистическая теория измерительных радиосистем / М.: Радио и связь, 1981. 288 с.

73. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей: пер. с англ. / Под ред. А.Н. Юрьева, A.M. Бочкарева. М.: Радио и связь, 1993. 319 с.

74. Федоров И. Б., Слукин Г. П., Нефедов С. И., Скосырев В. Н., Ананенков А. Е., Нуждин В. М. Многофункциональная РЛС малой дальности для удалённой диспетчеризации региональных аэропортов / Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана 2014 . № 12. DOI: 10.7463/1214.0751276.

75. Финкельштейн М. И. Основы радиолокации / Москва «Радио и связь» 1983. 536 с.

76. Цифровая обработка изображений в информационных системах: учеб. пособие / И.С. Грузман, В.С. Киричук и др. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. 352 с.

77. Черняк В.С. Многопозиционная радиолокация/ М.: Радио и связь, 1993. 416 с.

78. Ширман Я. Д. Некоторые этапы развития и проблемы теории и техники разрешения радиолокационных сигналов / Д.И. Леховицкий, В.Н. Манжос, Я.Д. Ширман // Радиотехника. 1997г. №1. С. 31-42.

79. A. Schroeder, "Second-Generation Mobile Multiband Passive Radar Demonstrator," in PCL Focus Day. Franhofer FHR, May 2011.

80. A.J. Weiss On the Cramer-Rao Bound for Direction Finding of Correlated Signals / B. Friedlander, A.J. Weiss // IEEE Transactions on Signal Processing. 1993. Vol. 41. Issue 1, pp. 495 - 499.

81. Ankit Panda How Effective Is China's New Anti-Stealth Radar System, Really?, The Diplomat, Oct. 06, 2014. http://thediplomat.com/2014/10/howeffective-is-chinas-new-anti-stealth-radar-system-really.

82. ASIC basics tutorial [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www. radio-electronics. com/info/data/semicond/asic/asic. php.

83. C. Coleman and H. Yardley, "Passive bistatic radar based on target illuminations by digital audio broadcasting," Radar, Sonar Navigation, IET, vol. 2, no. 5, pp.366-375, October 2008.

84. Carlo Kopp Warsaw Pact / Russian / PLA Emitter Locating Systems /ELINT Systems, Technical Report APA-TR-2008-0503, May, 2008. http: //www. ausairpower. net/APA-Warpac-Rus-PLA-ESM. html.

85. Field Programmable Gate Array [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.xilinx.com/fpga/

86. Godara L.C.: Application of Antenna Arrays to Mobile Communication, Part 1 Proceeding of the IEEE. Vol. 85, № 7, July 1997. Part 2 № 8, Aug. 1997.

87. H. Akaike, "A new look at the statistical model identification," IEEE Trans. on Automatic Control Vol. AC-19, pp. 716-723, 1974.

88. http://www.mobileradar.org/Documents/Silent_Sentry.pdf

89. https: //www.agner. org/optimize/instruction_tables.pdf

90. https://www.rohde-schwarz.com/pk/products/aerospace-defense-security/direction-finders/pg_overview_64204.html

91. https://www.spx.com/our-businesses/detection-and-measurement/tci/

92. https: //www.thalesgroup .com/en/worldwide/homeland-alerter-100.

93. Hugh Griffiths and Chris Baker, Passive Bistatic Radar, in Principles of Modern Radar: Volume 3, ed. W. L. Melvin and J. A. Scheer, Scitech Publishing, 2013.

94. Introduction into Theory of Direction Finding. Radiomonitoring and Radiolocation 2000/2001. Rohde & Schwarz GmbH & Co KG Editor: Gerhard Kratscher, HW-UKD. P. 85-101.

95. ITU Spectrum Monitoring Handbook, Radiocommunication Bureau, Geneva, 1995.

96. J. M. Christiansen and K. E. Olsen, "Range and Doppler walk in DVB-T based Passive Bistatic Radar," in 'Radar Conference, 2010. RADAR'10. IEEE, May 2010.

97. J. Palmer, S. Palumbo, Tri-Tan Van Cao and S. Howard A new Illuminator of Opportunity Bistatic Radar, Australian DoD DSTO-TR-2269, May 2009. http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA506106.

98. Juha Vierinen Building your own SDR-based Passive Radar on a Shoestring, Hackaday, Jun. 5, 2015. http://hackaday.com/2015/06/05/building-your-ownsdr-based-passive-radar-on-a-shoestring/

99. K. Zikidis, Al. Skondras and C. Tokas, Low Observable Principles, Stealth Aircraft and Anti-Stealth Technologies, Journal of Computations & Modelling, Scienpress Ltd, 4(1), (2014), 129-165.

100. Lipsky Stephen E. Microwave passive direction finding. - Raleigh, USA: SciTech Publishing, Inc., 2004. 320 p.

101. M. Haardt Unitary ESPRIT: How to exploit additional information inherent in the rotational invariance structure / M. E. Ali-Hackl, M. Haardt // Proc. IEEE ICASSP. 1994. Vol. IV, pp. 229-232.

102. M. Kaveh The statistical performance of the MUSIC and the minimum-norm algorithms in resolving plane waves in noise / A. J. Barabell, M. Kaveh // IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing. 1986. vol. ASSP-34, pp.331341.

103. M. Viberg Performance analysis of direction finding with large arrays and finite data / A. Nehorai, B. Ottersten, M. Viberg // IEEE Trans. Signal Process. 1995. vol. 43, pp. L69-A11.

104. P. Nomikos, D. Economou, G. Limnaios and K.C. Zikidis, Presentation and feasibility study of passive radars, Air Force Rev Mag (in Greek), 107, (2016), 86-103.

105. P. Stoica Performance comparison of subspace rotation and MUSIC methods for direction estimation / A. Nehorai, P. Stoica // IEEE Trans, on Acoust., Speech., Signal Process. 1991. Vol.39, no. 2, pp. 446-453.

106. Peavey, David, and T. Ogumfunmi. "The single channel interferometer using a pseudo-doppler direction finding system." Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1997. ICASSP-97., 1997 IEEE International Conference on. Vol. 5. IEEE, 1997.

107. R. Schmidt Multiple emitter location and signal parameter estimation // Proc. RADC Spectrum Estimation Workshop. 1979, pp. 243-258.

108. R. Schmidt Multiple emitter location and signal parameter estimation // IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. 34. 1986. no. 3, pp. 276-280.

109. Rao B.D. Effect of spatial smoothing on the performance of MUSIC and the minimum-norm method / K.V.S. Hari, B.D. Rao // IEEE Proceedings. 1990. Vol. 137. no. 6, pp. 449-458.

110. RDF Products. "Basics of the Watson-Watt Radio Direction Finding Technique" White Paper WN-004, Rev. B-01, 2007.

111. Rosoboronexport, Air Defence Systems export catalogue, 2003. http: //www.3 rd-wing. net/index. php?act=Attach&type=po st&id=8737.

112. RSA Raja Abdullah, Asem A. Salah, A. Ismail,F. Hashim, N. E. Abdul Rashid, and N.H. Abdul Aziz: "LTE-Based Passive Radar for Ground Moving Target Detection"/ Etri Journal 38(2), December 2015, DOI: 10.4218/etrij.16.0115.0228

113. S.U. Pillai Forward-backward spatial smoothing techniques for coherent signal identification / S. U. Pillai, B. H. Kwon // IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing. 1989. Vol. 37, pp. 8-15.

114. S.U. Pillai Performance Analysis of MUSIC-Type High Resolution Estimators for Direction Finding in Correlated and Coherent Scenes / S.U. Pillai, B.H. Kwon //Vol. ASSP-37. 1989. no. 8, pp. 1176-1189.

115. Stefan Luzica, Petr Svoboda and Radim Bloudicek Passive Surveillance Systems in Electronic, Intelligence and Air Traffic Control, 2017 International Conference on Military Technologies (ICMT), May 31, June 2, 2017, Brno, Czech Republic, 653 -657.

116. Tom Withington The sound of silence - passive radar development, Jane's Defence Weekly, 21, (2014), 26 - 30.

117. UKROBORONSERVICE, The vehicle-mounted passive electronic long range monitoring radar system KOLCHUGA. http: //en. uos. ua/produktsiya/tehnika-pvo/rls/111.

118. VERA S/M Passive Surveillance System, Ministry of Defence & Armed Forces of the Czech Republic. http://www.army.cz/scripts/detail.php?id=6159.

119. Wax M., Ziskind I. Detection of the number of coherent signal by the MDL principle // IEEE Trans. Acoustic, Speech, and Signal Processing. 1989. V. ASSP-37, No. 10. P. 1190-1196.

120. Wendy M. Grossman Connect the Pings, Stealth radar from cell-phone radiation, Scientific American, March 2003, 26-28.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - ПАТЕНТЫ НА СПОСОБЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Нгуена Конг Хоай в учебный процесс ФГБОУ ВО "Рязанский государственный университет имени В.Ф. Уткина" (РГРТУ)

Настоящий акт составлен о том, что результаты диссертационной работы Нгуена К.Х. в части разработанных:

1) алгоритма взаимной ориентации системы приемников,

2) алгоритма определения пространственных координат движущихся объектов,

3) алгоритма повышения точности и надежности системы приемников

внедрены в учебный процесс РГРТУ по направлению подготовки магистратуры 27.04.04 "Управление в технических системах" и рекомендованы для направления подготовки магистратуры 11.04.01 "Радиотехника". Данные результаты используются для преподавания дисциплины "Математические методы формирования изображений в технических системах" и отражены в методических указаниях к практическим занятиям "Повышение надежности пассивной системы видения" / В.К. Клочко. Рязан. гос. радиотехн. ун-т. Рязань, 2020. 24 е., предназначенных для магистрантов указанных направлений.

Использование материалов диссертационной работы Нгуена К.Х. в учебном процессе повышает качество учебной подготовки магистрантов.

Декан факультета автоматики и информационных технологий

в управлении, к.т.н., доцент

С.И. Холопов

Председатель методической комиссии факультета автоматики и информационных технологий в управлении, к.т.н., доцент

А.Г. Борисов

Зам. заведующего кафедрой автоматики и информационных технологий в управлении, к.т.н., доцент

А.А. Селяев

BAN DICH TRANSLATION

ООО "Технология и торговля Мегалайн"

Вьетнам, Ханой, район Донгда квартал Фыон<пиен. ул. Кичохоа, дом б переулок 50/15 Тел: [phone]. Эл. почта quandhjiwegaline. vn Сайт: hllps./megaline. сот уц

УТВЕРЖДАЮ Директор

ООО "Технология и торговля Мегалайн" (подпись и печать) ___НГУЕН ДЫКДА Т

(Печать: ООО "Технология и торговля Мегалайн", регист. номер 0105931292, ООО, район Донгда - г. Ханой) Ханой, 05 апреля 2021 г.

АКТ

(о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Нгуен Конг Хоай. аспиранта Рязанского Государственного Радиотехнического Университета им В. Ф. Уткина - РФ)

Комиссия в составе:

1) Главный специалист - инженер Нгуен Мань Хунт,

2) Специалист - инженер Нгуен Зань Шон,

3) Специалист - инженер Чу Тхе Хиеу,

составила настоящий акт о том. что результаты диссертационной работы Нгуен Конг Хоай используются в исследованиях и разработках ООО "Технология и торговля Мегалайн" при создании систем охранного наблюдения в зонах промышленного кластера:

1. Способ ориентации систем координат наблюдателей в пассивной системе видения:

2. Способ определения дальностей до объектов в пассивной системе видения;

3. Методы повышения точности и надежности системы наблюдения.

Данные результаты позволяют проводить калибровку системы наблюдения, а также повысить точность определения положения объектов в процессе наблюдения. Члены комиссии:

(подпись)_инженер Нгуен Мань Хунг

Главный специалист

1 Г

Специалист_

Специалист

(подпись) _ _(подпись)_

инженер Нгуен Зань Шон инженер Чу Тхе Хиеу

/

LCT1 CHITNG rf A C6NG CHC'MG Vlfe>

СВИДЕТЕЛЬГТВОВЛИИК НОТАРИУСА

H6m nay, ngay thing '.'.. nira 20.3 ^

T^i Van phdng Cong chving Dong Do, dja chi t?i 101 Ngyy Nhu Kon Turn, Phuong Nhan Chinh, Qu$n Thanh Xuan, Thanh ph6 Hi N$i.

Toi Nguyen Thj Thao. cong chixng vien, trong ph^m vi trach nhi$m cua minh theo quy dinh cua phap lu^t,

CHtfNG NHAN:

- Ban djch niy do 6ng/Ba Dinh Thj Nr^c Hi£u, cpng tac vien phi£n djch Van phoog Cong chvjmg Dong Do, thanh phfi HA Nfl djch tir ticng Vlft sang ticng Nga;

- Chut ky trong bin djch dung la chu ky cua Ang/Ba Dinh Thj Ng^c Hieu;

- N$i dung ban djch chinh xac. khong vi ph?m phap lu& khong trai dao due xi hoi;

- Vfa ban cdng chimg nay dupe lap thanhi).?: ban

~Tchinh. moi ban gora .... to,......trang, luu 01 ban t^i V3n

~ph6ng Cong chimg Dong Dd, Thanh pb6 Hi N<Ji.

pho»

cong chirr^ QhS&fL quydn sfi 01 /202LTPCC-SCGBD

iN-i

ПЕРЕВОДЧИК NGlTOd DJCH

Сегодня, число, ' /¿...месш.: 20Ж. г

В нотариальной конторе Доигдо, № 101 ул. Нгуинхы Контум, квартал Ньанчинь, район Тхаш Суан, город Ханой.

Я- ^иуеп ТЫ ТЬао - нотариус, в рамках моей ответственности в соответствии с законом,

ЗАВЕРЯЮ, ЧТО:

- Данный перевод точно переведен £ вьетнамского на русский язык г-жой ПшЬ Т1и Ngoc Шеи, переводческим сотрудником Нотариальной конторы Донгдо, город Ханой;

- Подпись в данном переводе является г-ж* Э1пЬ ТЫ ^ос Шеи;

- Содержание перевода является точным, не нарушает закон, не нарушает обществсннук мораль;

- Перевод включает в себя листов страниц, один экземпляр перевода сохраняется £ Нотариальной конторе Донгдо, город Ханой Заверка ..... Киша 01/2021ТРДХ-5СС/В

НОТАРИУС C6.NO СНСМ] \Tf.N

DIN11 ТН| NGQC HIEU

GUYtN Till THAO

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 - БЛОК-СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ

Начало алгоритма

0 0 0 0

^О;) 0 0 0

0 ЪШ УгОд ^О;)

Алгоритм взаимной ориентации приемников при известных дальностях

до контрольных объектов

Начало алгоритма

Сканирование атенной

I

Формирование ортов а! (г) направлений на объекты

Сканирование атенной

Формирование ортов а2 (/) направлений на объекты

Перебор т! вариантов Соединения ортов в т Не повторяющихся пар

I

Оценивание дальностей по формуле

к = [п(0, ъ(л\г = (ат а)-1аг ь

для каждой , пар

I

Вычисление векторов М1(г) и М2(/) для каждой ¡,] пары

I

Вычисление показателя сопряжения 3 для т пар соединения векторов

М1© и М2СЛ) , г = 1т

Перебор т! вариантов соединения ортов в т не повторяющихся пар

I

Передача оценок и координат _центров объектов_

г

Конец алгоритма

«1* (г)

(О

«1г (г)

1у

- «2 * (/)

- «2 у (/)

- «2 г СО.

КО

ьУ).

К е*

ЬУ = еу

к

/г - номер поставленный в

соответствие номер [

М1О) = Г10>1(0, М2(/) = Г2(/>2(/)

3 = Х|\М1(г) -РМ2(/1) -ь

г=1

|2

Выбор варианта с наименьшим значением показателя сопряжения 3 из вариантов соединения

Наименьшему значению / соответствуют оценки дальностей

т

Алгоритм оценивания дальностей до объектов наблюдения при известной

взаимной ориентации приемников

Начало алгоритма

Определяются орты

а1('0 , а2 Сг2 ) 5 аз('з) 5 а4(Ч) 5 направлений на объекты

I

Перебор т! вариантов Соединения ортов в т Не повторяющихся пар

1 1

а1('0 5 а2(г2) 5 аз(Н) а1('1) 5 а2('2) 5 а4('4)

4 4

Вычисляются оценки Вычисляются оценки

* * М1 (1) 5 VI ('1) М* ('1) 5 Vl ('1)

1 1

О* * * м? = м* (¿)+Vl(i1)^t М? = М* ('1) + V (^)А

1 1

Вычисление показателя нормирования

3 = 1М" - мЩ <у

I

Перебор т! вариантов соединения ортов в т не повторяющихся пар.

I

Выделяются т непересекающихся комбинаций через порог у

Вычисляются усредненные оценки ММ 1(0 и У1(0

I

Конец алгоритма

Алгоритм определения пространственных координат нескольких движущихся объектов в одном периоде сканирования

Конец алгоритма

Алгоритм оценивания скоростей движения объектов в доплеровской системе