DF по сравнению амплитуд - Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Лекция

Это окончание невероятной информации про радиопеленгация.

...

присутствие системы ДП. ^{[ 18 ]}^{: 8}

На практике преимущество уменьшается за счет соотношения коэффициентов усиления антенн (обычно они составляют 36 дБ и 10 дБ для радара и ESM соответственно) и использования радаром методов расширения спектра , таких как сжатие чирп-сигнала , для увеличения коэффициента обработки его приемника. С другой стороны, система DF может частично компенсировать это преимущество, используя чувствительные малошумящие приемники и применяя методы «стелс» для уменьшения своей радиолокационной заметности ^{[ 29 ]}^{: 292,} как в случае со стелс-самолетами и стелс-кораблями .

Новые требования к системам DF

Переход на микроволновые частоты означал переоценку требований к системе пеленгации. ^{[ 37 ]} Теперь приемник больше не мог полагаться на непрерывный поток сигналов для проведения измерений. Радары с их узкими лучами освещали бы антенны системы пеленгации лишь изредка. Кроме того, некоторые радары, стремящиеся избежать обнаружения (например, радары контрабандистов, вражеских кораблей и ракет), излучали бы свои сигналы нечасто и часто с низкой мощностью. ^{[ 38 ]} Такая система называется радаром с низкой вероятностью перехвата . ^{[ 39 ]}^{[ 40 ]} В других приложениях, таких как микроволновые линии связи, антенна передатчика может вообще никогда не быть направлена на приемник пеленгации, поэтому прием возможен только за счет утечки сигнала из боковых лепестков антенны . Кроме того, скрытые линии передачи данных ^{[ 41 ]} могут излучать последовательность с высокой скоростью передачи данных лишь очень редко.

В целом, для удовлетворения современных условий широкополосная микроволновая система DF должна обладать высокой чувствительностью и иметь 360-градусный охват, чтобы иметь возможность обнаруживать одиночные импульсы (часто называемые амплитудными моноимпульсами ) и достигать высокой «вероятности перехвата» (PoI). ^{[ 42 ]}

DF по сравнению амплитуд

Сравнение амплитуд стало популярным методом определения направления, поскольку системы относительно просты в реализации, обладают хорошей чувствительностью и, что очень важно, высокой вероятностью обнаружения сигнала. ^{[ 43 ]}^{: 97}^{[ 18 ]}^{: 207} Обычно используется массив из четырех или более направленных антенн, расположенных под углом, для обеспечения 360-градусного покрытия. ^{[ 44 ]}^{: 155}^{[ 18 ]}^{: 101}^{[ 45 ]}^{: 5–8,7}^{[ 43 ]}^{: 97}^{[ 46 ]} Определение направления с помощью методов сравнения фаз может обеспечить лучшую точность определения пеленга, ^{[ 45 ]}^{: 5–8,9} но обработка более сложная. Системы, использующие одну вращающуюся параболическую антенну, более чувствительны, малы и относительно просты в реализации, но имеют плохую точку интереса. ^{[ 42 ]}

Обычно для определения направления входящего волнового фронта сравнивают амплитуды сигналов в двух соседних каналах антенной решетки, но иногда для повышения точности используют три соседних канала. Хотя коэффициенты усиления антенн и их усилительных цепей должны быть точно согласованы, тщательная разработка и изготовление, а также эффективные процедуры калибровки могут компенсировать недостатки оборудования. Общая точность определения направления составляет от 2° до 10° (среднеквадратичное значение) ^{[ 45 ]}^{[ 47 ]} при использовании этого метода.

Двухканальный DF

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация — Двухпортовый DF, полярная диаграмма (нормализованная)

Двухканальная пеленгация, использующая две смежные антенны круговой решетки, достигается путем сравнения мощности сигнала наибольшего значения с мощностью второго по величине сигнала. Направление входящего сигнала в пределах дуги, описываемой двумя антеннами с углом наклона Φ , может быть определено путем сравнения относительных мощностей принимаемых сигналов. Когда сигнал находится в направлении оси одной из антенн, сигнал на другой антенне будет примерно на 12 дБ ниже. Когда направление сигнала находится посередине между двумя антеннами, уровни сигналов будут равны и примерно на 3 дБ ниже, чем значение в направлении оси. При других углах пеленга φ некоторое промежуточное отношение уровней сигналов будет определять направление.

Если диаграмма направленности главного лепестка антенны имеет гауссову характеристику, а мощность сигнала описывается логарифмически (например, в децибелах (дБ) относительно значения в направлении оси визирования), то существует линейная зависимость между углом пеленга φ и разностью уровней мощности, т.е.: $,$ Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация где P1 ₍ дБ) и P2 (дБ) _— выходные сигналы двух соседних каналов. На эскизе показан типичный график.

Для обеспечения кругового охвата (360°) антенны круговой решетки выбираются парами в соответствии с уровнями сигнала, принимаемого каждой антенной. Если в решетке N антенн, расположенных с угловым интервалом (углом наклона) Φ , то Φ = 2π/ N радиан ( = 360/ N градусов).

Основные уравнения для двухпортового DF

Если главные лепестки антенн имеют гауссову характеристику, то выход P ₁ ( φ ) как функция угла пеленга φ определяется формулой ^{[ 18 ]}^{: 238}

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

где

G ₀ — это коэффициент усиления антенны в направлении оси визирования (т.е. при φ = 0 ),

Ψ ₀ — это половина ширины луча на половине мощности.

A = – ln(0.5) , так что P ₁ ( φ )/ G ₀ = 0.5 при φ = Ψ ₀

Углы измеряются в радианах.

Вторая антенна, направленная под углом Φ и имеющая тот же коэффициент усиления G0 _, выдает выходной сигнал.

$П_{2} = Г_{0} эксп [- А {(\frac{Φ - φ}{Ψ_{0}})}^{2}]$ Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Сравнивая уровни сигнала,

$\frac{П_{1}}{П_{2}} = \frac{Г_{0} эксп [- А {(\frac{φ}{Ψ_{0}})}^{2}]}{Г_{0} эксп [- А {(\frac{Φ - φ}{Ψ_{0}})}^{2}]} = эксп [\frac{А}{Ψ_{0}^{2}} (Φ^{2} - 2 Φ φ)]$ Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Натуральный логарифм отношения равен

$лн (\frac{П_{1}}{П_{2}}) = лн П_{1} - лн П_{2} = \frac{А}{Ψ_{0}^{2}} (Φ^{2} - 2 Φ φ)$ Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Перестановка: $φ = \frac{Ψ_{0}^{2}}{2 А Φ} (лн П_{2} - лн П_{1}) + \frac{Φ}{2}$ Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Это демонстрирует линейную зависимость между разностью уровней выходного сигнала, выраженной в логарифмическом масштабе, и углом пеленга φ .

Натуральные логарифмы можно преобразовать в децибелы (дБ) (где дБ обозначают коэффициент усиления по оси визирования) с помощью следующей формулы: $лн (X) = \frac{X (дБ)}{10 {бревно}_{10} (е)},$ Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация Таким образом, уравнение можно записать.

$φ = \frac{Ψ_{0}^{2}}{6.0202 Φ} (П_{2} (дБ) - П_{1} (дБ)) + \frac{Φ}{2}$ Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Трехканальный DF

Улучшение точности определения пеленга может быть достигнуто, если в обработку данных о пеленге будут включены данные об амплитуде с третьей антенны. ^{[ 48 ]}^{[ 44 ]}^{: 157}

Для трехканальной системы определения направления сигнала (DF) с тремя антеннами, расположенными под углом Φ , направление входящего сигнала определяется путем сравнения мощности сигнала канала с наибольшим сигналом с мощностями сигналов двух соседних каналов, расположенных по обе стороны от него.

Для антенн, расположенных по кругу, выбираются три антенны в зависимости от уровня принимаемого сигнала, при этом наибольший сигнал приходится на центральный канал.

Когда сигнал находится в направлении оси антенны 1 ( φ = 0 ), сигналы от двух других антенн будут равны и примерно на 12 дБ ниже. Когда направление сигнала находится посередине между двумя антеннами ( φ = 30° ), уровни их сигналов будут равны и примерно на 3 дБ ниже значения в направлении оси антенны, при этом третий сигнал будет примерно на 24 дБ ниже. При других углах пеленга φ направление будет определяться некоторыми промежуточными соотношениями уровней сигналов.

Основные уравнения для трехпортового DF

Для сигнала, поступающего в направлении φ , которое здесь принято за направление справа от оси визирования антенны 1, выходные сигналы трех каналов будут следующими:

$\begin{matrix} \end{matrix}$

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

где G _T — общее усиление каждого канала, включая усиление в направлении оси антенны, и предполагается, что оно одинаково для всех трех каналов. Как и прежде, в этих уравнениях углы выражены в радианах, Φ = 360/ N градусов = 2π/ N радиан и A = – ln(0,5) .

Как и ранее, их можно расширить и объединить, получив в итоге:

$\begin{matrix} \end{matrix}$

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Устранение
Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация и перестановка:

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

где: $\begin{matrix} \end{matrix}$

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Здесь значения разницы указаны в неперах , но могут быть выражены и в децибелах .

Значение пеленга, полученное с помощью этого уравнения, не зависит от ширины луча антенны ( = 2Ψ ₀ ), поэтому это значение не обязательно знать для получения точных результатов измерения пеленга. Кроме того, наблюдается эффект сглаживания значений пеленга вблизи оси средней антенны, поэтому в этой области нет разрыва в значениях пеленга, когда входящий сигнал перемещается слева направо (или наоборот) через ось, как это может происходить при двухканальной обработке.

Неопределенность направления из-за шума

Многие причины ошибки определения пеленга, такие как механические дефекты в конструкции антенны, плохое согласование коэффициентов усиления приемника или неидеальные диаграммы направленности антенны, могут быть компенсированы процедурами калибровки и корректирующими таблицами поиска, но тепловой шум всегда будет фактором, ухудшающим точность. Поскольку все системы генерируют тепловой шум ^{[ 49 ]}^{[ 50 ]} , то при низком уровне входящего сигнала отношение сигнал/шум в каналах приемника будет низким, и точность прогнозирования пеленга пострадает.

В общем, руководство по неопределенности пеленга приведено в ^{[ 45 ]}^{[ 51 ]}^{: 82} ^{[ 31 ]}^{: 91}^{[ 52 ]}^{: 244}

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

для сигнала в точке пересечения, но где SNR ₀ — это отношение сигнал/шум, которое имело бы место в точке прицеливания.

Для получения более точных прогнозов в заданном направлении используются фактические отношения сигнал/шум интересующих сигналов. (Результаты могут быть получены, предполагая, что ошибки, вызванные шумом, аппроксимируются путем соотнесения дифференциалов с некоррелированным шумом).

Для смежной обработки, например, с использованием канала 1 и канала 2, неопределенность пеленга (угловой шум), Δφ (среднеквадратичное значение ), приведена ниже. ^{[ 18 ]}^{[ 31 ]}^{: 91}^{[ 53 ]} В этих результатах предполагается квадратичное детектирование, а значения SNR относятся к сигналам на видео (базовой полосе) для угла пеленгаφ.

Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

где SNR ₁ и SNR ₂ — значения отношения сигнал/шум видеосигнала (в основной полосе частот) для каналов антенны 1 и антенны 2 при использовании квадратичного закона детектирования.

В случае 3-канальной обработки выражение, применимое, когда отношение сигнал/шум во всех трех каналах превышает единицу (когда ln(1 + 1/SNR) ≈ 1/SNR выполняется во всех трех каналах), имеет вид: Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

где SNR ₁ , SNR ₂ и SNR ₃ — значения отношения сигнал/шум видеосигнала для канала 1, канала 2 и канала 3 соответственно для угла пеленга φ .

Типичная система пеленгации с шестью антеннами.

Схема возможной системы DF, ^{[ 18 ]}^{: 101} с использованием шести антенн, ^{[ 54 ]}^{[ 55 ]} показана на рисунке.

Сигналы, принимаемые антеннами, сначала усиливаются малошумящим предусилителем, а затем детектируются детекторами-логарифмическими видеоусилителями (DLVA). ^{[ 56 ]}^{[ 57 ]}^{[ 58 ]} Уровни сигналов от DLVA сравниваются для определения угла прихода. Рассматривая уровни сигналов в логарифмическом масштабе, как это обеспечивают DLVA, достигается большой динамический диапазон ^{[ 56 ]}^{: 33} , и, кроме того, упрощаются вычисления определения направления, когда основные лепестки диаграммы направленности антенн имеют гауссову характеристику, как показано ранее.

Необходимым этапом анализа DF является определение канала, содержащего наибольший сигнал, и это достигается с помощью быстродействующей схемы компаратора. ^{[ 44 ]} Помимо процесса DF, могут быть исследованы и другие свойства сигнала, такие как длительность импульса, частота, частота повторения импульсов (ЧПИ) и характеристики модуляции. ^{[ 45 ]} Работа компаратора обычно включает гистерезис, чтобы избежать дрожания в процессе выбора, когда направление входящего сигнала таково, что два соседних канала содержат сигналы с аналогичной амплитудой.

Часто широкополосные усилители защищены от локальных источников высокой мощности (например, на судне) с помощью ограничителей входного сигнала и/или фильтров. Аналогичным образом, усилители могут содержать режекторные фильтры для удаления известных, но нежелательных сигналов, которые могут ухудшить способность системы обрабатывать более слабые сигналы. Некоторые из этих вопросов рассматриваются в разделе «Радиочастотная цепь» .

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

Амплитудный моноимпульс
AN/FLR-9 — система высокочастотного пеленгования ВВС США времен холодной войны.
AN/FRD-10 — высокочастотная система пеленгации ВМС США времен холодной войны.
Битва Лучей
Электрический маяк
Геолокация
Система позиционирования внутри помещений
МУЗЫКА (алгоритм)
Фазовая интерферометрия
Фиксация положения
Радиоопределение
Ремонт радио
Местоположение радио
Система определения местоположения в реальном времени
TDOA
VOR / DME
Вулленвебер

Исследование, описанное в статье про радиопеленгация, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое радиопеленгация и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов

Продолжение:

Часть 1 Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация
Часть 2 Приложения - Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация
Часть 3 DF по сравнению амплитуд - Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация

Оставить комментарий

Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.

To reply

Comment

Для того, чтобы подтвердить, что вы не бот, ответьте:

Name

Email(not published)

Оценить