Радиопеленгование с помощью обработки массива сенсоров

В предыдущих сериях:
Введение и анализ литературных источников
История развития радиопеленгования
История развития пеленгационной техники
Основные характеристики электромагнитных волн
Обзор основных принципов радиопеленгования
Устройство радиопеленгаторов
Классические методы радиопеленгования
Принцип Ватсон-Ватта
Радиопеленгаторы на эффекте Доплера
Интерферометр

Радиопеленгование с помощью обработки массива сенсоров основываются на измерениях параметров волны (амплитуды и фазы) в разных точках пространства. Все полученные значения переводятся в цифру. Пеленг определяется из виртуального сложения амплитуд и фаз принимаемых сигналов. Отличительная особенность таких систем заключается в их гибкости, возможности быстрого изменения способов обработки информации.

Общие положения

Развитие классических методов радиопеленгации заключалось в разработке конфигураций антенных систем и алгоритмов, позволяющих определять пеленг наиболее простым способом. Было важно связать принимаемый сигнал и направление прихода волны наиболее простым математическим соотношением, мало зависящим от частоты, поляризации и обстановки.
С развитием цифровой обработки сигнала стали доступны новые возможности:

  • С появлением высокоскоростных цифровых процессоров отпали требования к частотно независимому выражению для нахождения пеленга. Даже очень сложные математические соотношения для определения пеленга могут быть обработаны в короткие промежутки времени или упрощены для более быстрой и экономной обработки с помощью некоторых программ.
  • Расчетные методы позволяют разделить несколько волн, приходящих с различных направлений даже для малобазисных АС (метод с высоким разрешением, с супер разрешением, и с разрешением при многоволновом приеме).

Основы построения

Простейшая конфигурация радиопеленгатора, интегрированного с компьютером, представлена на рисунке 16. Выходы отдельных антенных элементов обычно сначала подключаются к цепи, содержащей:

Рис. 16. Устройство радиопеленгатора, совмещенного с компьютером

Рис. 16. Устройство радиопеленгатора, совмещенного с компьютером

  • входы для тестового генератора;
  • мультиплексоры, если количество выходов антенн N больше количества приемных каналов и тюнер.

После этого сигналы преобразуются на промежуточную частоту, которая априорно подходит для данного аналого-цифрового преобразователя, и оцифровываются. Для уменьшения объема данных, цифровые данные объединяют в наборы данных.
Законченный набор данных фильтруется до необходимой для расчета полосы и отправляется в блок расчета пеленга.

Методы формирования лучей

По аналогии с обычной антенной решеткой, для таких систем сигналы отдельных элементов решетки умножаются на комплексный весовой множитель и суммируются (рис. 17). В результате суммарный сигнал, как и в случае ДН антенной решетки, зависит от направления прихода волны. Происходит виртуальное формирование ДН, и по набору данных элементов решетки числовыми методами определяют пеленг.
При этом зависимость выходного сигнала y от изменения весовых множителей не может быть использована для радиопеленгования таким же образом, как в случае классических радиопеленгаторов с отображением пеленга в реальном времени. Отличие состоит в том, что при численном формировании лучей скорость определения пеленга ограничена скоростью обработки информации.

Рис. 17. Формирование лучей с помощью весовых коэффициентов

Рис. 17. Формирование лучей с помощью весовых коэффициентов

При использовании традиционного алгоритма формирования лучей, фазы весовых множителей выбираются таким образом, что максимум суммарного сигнала направлен на определенный угол .
На рис. 18 изображена блок схема процесса определения пеленга, а на рис. 19 показана формируемая ДН 5-ти элементной линейной решетки, расстояние между элементами которой 0,45?, для угла прихода волны 60 град.
Рис. 18. Процесс определения пеленга

Рис. 18. Процесс определения пеленга

Если используется антенная решетка, состоящая из одинаковых элементов, с расстоянием между элементами, описываемым аналитическим методом, то весовые коэффициенты можно рассчитать, исходя из геометрии решетки. Если используются многопортовые антенны (см. рис. 20), напряжения отдельных портов, как правило, изменяются как функция от угла прихода волны. В этом случае весовые множители определяются следующим выражением:

Где – это подходящее относительное напряжение, а (*) — комплексное сопряжение.
Так как формирование лучей при использовании многопортовых антенн часто не дает необходимой направленности (искусственной) ДН, широко используются принципы корреляционного метода и векторного сложения.
Это объясняется следующим: если полагать, что N измеренных комплексных напряжений образуют координаты вектора в N-мерном пространстве (вектор измерения) и N-весовые множители – это компоненты весового множителя в том же пространстве, то формирование лучей эквивалентно формированию скаляра от этих двух векторов.
Рис. 19. ДН 5-ти элементной антенной решетки

Рис. 19. ДН 5-ти элементной антенной решетки

Если провести нормировку по абсолютному значению, то скаляр будет соответствовать косинусоидальной диаграмме между этими двумя векторами. Косинусоидальная диаграмма достигает своего максимума, если направления совпадают (векторы складываются); Евклидовое расстояние достигает своего минимума. Косинусоидальная диаграмма между N-мерными векторами соответствует корреляционному коэффициенту между двумя наборами данных с N элементами. Квадрат расстояния соответствует квадратичной ошибке между сложенными двумя наборами данных.

В следующих сериях:
Методы радиопеленгации с высокой разрешающей способностью

Похожий бред:

Радиопеленгование с помощью обработки массива сенсоров: 2 комментария

  1. Уведомление: Tweets that mention Радиопеленгование с помощью обработки массива сенсоров на КБ13 -- Topsy.com

  2. Уведомление: Методы радиопеленгации с высокой разрешающей способностью на КБ13

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Protected by WP Anti Spam