RU2507531C1 - Method for passive determination of coordinates of radiation sources - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method involves receiving signals with M≥3 antennae; setting up a "direction-range" coordinate grid in display field with the required boundaries and discrete intervals; calculating paired differences in signal propagation time for each node of the coordinate grid; determining (M²-M)/2 paired cross-correlation functions of signals from antenna outputs; quadratic detection of output signals of each antenna; reading out (M²-M)/2 values of the obtained paired cross-correlation functions and summing their doubled value with results of quadratic detection of signals from each antenna, after which all the obtained sum values are output to the coordinate grid of the display, and coordinates of radiation sources are determined from the position of the maximum the indicator values on scales of the coordinate grid.

EFFECT: providing visual observation of radiation sources on a display screen, location thereof directly in the desired coordinates of the direction-range observation field with determination of coordinates thereof on scales of the display field with maximum noise-immunity, achieved in the given receiving system and limited increase in the amount of processing and computational costs.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в пассивной гидролокации, а также в атмосферной акустике и пассивной радиолокации.The invention relates to the field of sonar and can be used in passive sonar, as well as in atmospheric acoustics and passive radar.

Методы определения координат с разнесенными в пространстве приемниками по кривизне волнового фронта поля источника излучения основаны на использовании разности времен прихода сигнала со сферическим или цилиндрическим волновым фронтом от источника излучения к нескольким М приемникам с известным расположением их в пространстве.Methods for determining coordinates with receivers spaced in space by the curvature of the wavefront of the radiation source field are based on using the difference in the arrival times of a signal with a spherical or cylindrical wavefront from the radiation source to several M receivers with a known location in space.

Известно устройство и способ определения дальности D и направления на объект α относительно заданной позиции по патенту США [1]. В соответствии с этим способом три антенны, расположенные в пространстве известным образом, принимают звуковую энергию, излучаемую объектом и распространяющуюся в водной среде с разным временем распространения t_m(α, D), m=1, 2, 3, определяемым геометрией системы «источник-приемники». Определяют разность времен распространения сигнала к парам антенн τ_mn(α, D)=t_m-t_n, m,n=1, 2, 3, от источника с координатами (α, D), используя взаимную корреляцию сигнала, вырабатываемого каждой m-й антенной, с сигналом каждой другой n-й антенны с переменной задержкой между ними τ, т.е. попарную взаимно-корреляционную функцию (ПВКФ) C_mn(τ). Эту разность времен распространения сигнала к парам антенн τ_mn(α, D) определяют по положению максимума ПВКФ на шкале задержек τ. Для определения положения максимума ПВКФ используют визуализацию ПВКФ на индикаторе ПВКФ C_mn(τ) и компьютер тригонометрического расчета дальности D₀ и направления на источник звука α₀, используя определенные значения τ_mn как параметры в известных формулах.A device and method for determining the range D and direction to the object α relative to a given position according to US patent [1]. In accordance with this method, three antennas located in space in a known manner receive sound energy emitted by an object and propagating in an aqueous medium with different propagation times t _m (α, D), m = 1, 2, 3, determined by the geometry of the “source” system receivers. " The difference in the propagation times of the signal to the antenna pairs τ _mn (α, D) = t _m -t _n , m, n = 1, 2, 3, from the source with coordinates (α, D) is determined using the cross-correlation of the signal generated by each m -th antenna, with the signal of each other n-th antenna with a variable delay between them τ, i.e. pairwise cross-correlation function (PVKF) C _mn (τ). This difference in the propagation times of the signal to the antenna pairs τ _mn (α, D) is determined by the position of the maximum PVKF on the delay scale τ. To determine the position of the maximum PVKF, use the visualization of PVKF on the PVKF indicator C _mn (τ) and a computer for trigonometric calculation of the range D ₀ and direction to the sound source α ₀ , using certain values of τ _mn as parameters in known formulas.

Недостатками этого способа являются: невозможность наблюдения оператором положения источника и других источников излучения непосредственно в координатах поля наблюдения «направление-дальность», кроме того, этот способ требует обнаружения и наблюдения сигнала на графиках ПВКФ каждой пары антенн по-отдельности, следовательно эффективность метода в целом определяется выходным отношением сигнал/помеха («помехоустойчивостью») каждой пары антенн, если помехоустойчивость пар антенн не одинакова, то конечный результат определяется худшей парой. Кроме того, анализ каждой ПВКФ в случае наличия в поле наблюдения нескольких источников может быть затруднен или невозможен для оператора в связи с неоднозначностью отнесения максимумов ПВКФ к тому или иному источнику, тем более, что наложение друг на друга боковых лепестков ПВКФ разных источников может создавать ложные максимумы, приводящие к неоднозначности решения. В этих случаях необходим специальный анализ взаимного расположения на шкале задержек τ различных полученных максимумов различных ПВКФ, для отнесения их к тому или иному источнику.The disadvantages of this method are: the impossibility of the operator observing the position of the source and other radiation sources directly in the coordinates of the "direction-range" observation field, in addition, this method requires the detection and observation of the signal on the PVKF graphs of each pair of antennas individually, therefore the efficiency of the method as a whole determined by the output signal-to-noise ratio (“noise immunity”) of each antenna pair; if the noise immunity of the antenna pairs is not the same, the final result is worse pair. In addition, the analysis of each PVKF in the case of several sources in the observation field may be difficult or impossible for the operator due to the ambiguity of assigning the maximums of PVKF to one or another source, especially since the overlapping of the side lobes of PVKF from different sources can create false maxima leading to ambiguity of the solution. In these cases, a special analysis of the relative position on the delay scale τ of various obtained maxima of various PVKFs is necessary in order to classify them to a particular source.

Известны другие пассивные способы определения координат источников излучения с разнесенными в пространстве приемниками по кривизне волнового фронта поля источника, например, описанные в [2], недостатки которых аналогичны способу [1].Other passive methods are known for determining the coordinates of radiation sources with spaced apart receivers from the curvature of the wavefront of the source field, for example, those described in [2], the disadvantages of which are similar to the method of [1].

Наиболее близким по количеству общих признаков к предлагаемому способу является «Метод пассивной звуковой телеметрии» [3]. В данном методе гидролокации сигналы источника звука от трех линейно расположенных антенн А₁, А₂, А₃, обрабатывают путем определения ПВКФ сигналов центральной антенны А₂ с сигналами двух других антенн А₁ и А₃: С₁₂(τ) и С₂₃(τ) на шкале временных задержек τ с накоплением (сглаживанием) оценок С₁₂(τ) и C₂₃(τ) за время T_н. Затем результаты двух ПВКФ совместно обрабатывают с целью определения параметров взаимного расположения их максимумов на шкале τ. Для этого производится модификация ПВКФ по следующему принципу: т.к. обе ПВКФ - С₁₂(τ) и С₂₃(τ) имеют максимумы на шкале задержек τ в некоторых точках τ₁₂ и τ₂₃ и пересекаются на этой шкале в некоторой неизвестной точке β₀, отстоящей от τ₁₂ и τ₂₃ на неизвестное расстояние по шкале задержек, равное τ₀ и -τ₀, соответственно, то для определения точки β₀ производят перебор (сканирование) значений β₁, β₂,…β_l…, при этом для каждого очередного значения β_l производят суммирование значений С₁₂(τ) и С₂₃(τ) для точек по шкале τ, симметричных относительно очередной точки β_l, находят максимум суммы указанных ПВКФ. Перебор по β_l, суммирование ВКФ и определение максимума указанной суммы продолжают до тех пор, пока не определят абсолютный максимум суммы ПВКФ С₀ для некоторого значения β_l=β₀, соответствующего полному наложению главных лепестков С₁₂(τ) и С₂₃(τ) при сканировании по β_l. В результате сканирования по β_l определяют значения β₀, τ₀ и С₀, по которым вычисляют оценки координат α₀ и D₀:The closest in number of common features to the proposed method is the "Method of passive sound telemetry" [3]. In this sonar method, the sound source signals from three linearly arranged antennas A ₁ , A ₂ , A ₃ are processed by determining the PVKF signals of the central antenna A ₂ with the signals of two other antennas A ₁ and A ₃ : C ₁₂ (τ) and C ₂₃ ( τ) on the time delay scale τ with accumulation (smoothing) of the estimates C ₁₂ (τ) and C ₂₃ (τ) for the time T _n . Then the results of two PVKF are jointly processed in order to determine the parameters of the mutual arrangement of their maxima on the scale τ. For this, a modification of PVKF is performed according to the following principle: both PVKF - C ₁₂ (τ) and C ₂₃ (τ) have maxima on the delay scale τ at some points τ ₁₂ and τ ₂₃ and intersect on this scale at some unknown point β ₀ , which is unknown from τ ₁₂ and τ ₂₃ on the delay scale equal to τ ₀ and -τ ₀ , respectively, then to determine the point β ₀ , the values β ₁ , β ₂ , ... β _l ... are enumerated (scanned), and for each next value β _l , the values C _{12 are} summed (τ) and С ₂₃ (τ) for points on the scale τ, symmetrical with respect to the next point β _l , find the maximum of the sum of the indicated PVKF. Iterating over β _l , summing the VKF and determining the maximum of the indicated sum is continued until the absolute maximum of the sum of PVKF С ₀ is determined for a certain value β _l = β ₀ corresponding to the complete overlap of the main lobes С ₁₂ (τ) and С ₂₃ (τ ) when scanning along β _l . As a result of scanning for β _l determine the values of β ₀ , τ ₀ and C ₀ , which calculate the estimates of the coordinates α ₀ and D ₀ :

,

,

где с - скорость распространения сигнала, L - расстояния между центром центральной антенны A₂ и центрами антенн А₁ и А₃. Численные значения α₀ и D₀ выдают оператору.where c is the signal propagation velocity, L is the distance between the center of the central antenna A ₂ and the centers of the antennas A ₁ and A ₃ . The numerical values of α ₀ and D ₀ give the operator.

С учетом изложенного, основные операции способа прототипа могут быть сформулированы как:Based on the foregoing, the main operations of the prototype method can be formulated as:

прием сигналов тремя антеннами, расположенными в пространстве известным образом,receiving signals by three antennas located in space in a known manner,

предварительную обработку принятых сигналов, включающую ориентацию характеристик направленности антенн в направлении ожидаемого расположения источника излучения,pre-processing the received signals, including the orientation of the directivity of the antennas in the direction of the expected location of the radiation source,

определение попарных взаимнокорреляционных функций (ПВКФ) сигналов антенн на шкале задержек τ,determination of pairwise cross-correlation functions (PVKF) of the antenna signals on the delay scale τ,

временное накопление ПВКФ,temporary accumulation of PVKF,

суммирование ПВКФ,PVKF summation,

индикацию ПВКФ на шкале задержек τ,PVKF indication on the delay scale τ,

определение параметров взаимного расположения главных максимумов ПВКФ на шкале задержек τ и вычисление по ним значений искомых координатdetermination of the parameters of the mutual arrangement of the main PVKF maxima on the delay scale τ and calculation of the values of the desired coordinates from them

выдачу их оператору в виде цифровой информации.issuing them to the operator in the form of digital information.

Преимущество способа-прототипа заключается в том, что благодаря использованию операции суммирования двух ПВКФ повышается помехоустойчивость способа, а объем обработки и вычислительных ресурсов сокращается.The advantage of the prototype method is that through the use of the summation operation of two PVKF, the noise immunity of the method is increased, and the amount of processing and computing resources is reduced.

Недостатком аналогов и способа-прототипа, является то, что в них предусматривается визуальное наблюдение лишь графиков ПВКФ на шкале временных задержек τ, определение временных задержек на основе анализа ПВКФ (как в аналогах) либо параметров взаимного расположения максимумов ПВКФ на этой шкале задержек τ_mn - β₀, τ₀ и С₀ (как в прототипе) и представление оператору геометрически рассчитанных по ним численных значений координат, но невозможна визуализация на индикаторе расположения источников в поле наблюдения в координатах «направление-дальность» (α, D) и непосредственного определения их координат на шкалах индикаторного поля. Необходимым условием успешного решения задачи в способе-прототипе является наблюдение сигнала источника на каждой ПВКФ по отдельности, поэтому помехоустойчивость результатов ограничена помехоустойчивостью каждой пары антенн по отдельности, так же как в аналоге [1], т.к. взаимная обработка ПВКФ с их суммированием в способе-прототипе имеет целью определение параметров взаимного расположения их максимумов на шкале задержек T₀. Если помехоустойчивость пар антенн неодинакова, то результат будет определяться худшей парой. При наличии в поле наблюдения нескольких источников анализ каждой ПВКФ может быть затруднен или невозможен для оператора, также как в аналоге [1], из-за неоднозначности взаимного расположения максимумов ПВКФ источников на шкале задержек τ. Способ-прототип предусматривает линейное расположение антенн, т.е. на одной базовой линии, что приводит к ограничениям при размещении их на конкретном носителе. В способе-прототипе не предусматривается использование большего количества антенн М>3, что имеет практические применения (см. например [4] и [5]), где использование способа-прототипа невозможно.The disadvantage of analogues and the prototype method is that they provide for visual observation of only PVKF schedules on the time delay scale τ, determination of time delays based on the analysis of PVKF (as in analogues) or the relative positions of the PVKF maxima on this delay scale τ _mn - β _0, τ ₀ and C ₀ (as in the prototype) and the presentation to the operator on them geometrically calculated numerical values of the coordinates, but are not sources visualization on the display location in the field of view in coordinates "direction-d lnost »(α, D) and the direct determination of their coordinates on the scales of the indicator field. A necessary condition for the successful solution of the problem in the prototype method is to observe the source signal on each PVKF separately, therefore, the noise immunity of the results is limited by the noise immunity of each pair of antennas separately, as in the analogue [1], because mutual processing of PVKF with their summation in the prototype method aims to determine the relative positions of their maxima on the delay scale T ₀ . If the noise immunity of antenna pairs is not the same, then the result will be determined by the worst pair. If there are several sources in the observation field, the analysis of each PVKF may be difficult or impossible for the operator, as well as in the analogue [1], due to the ambiguity of the mutual arrangement of the maximums of the PVKF sources on the delay scale τ. The prototype method provides a linear arrangement of antennas, i.e. on one baseline, which leads to restrictions when placing them on a specific medium. The prototype method does not provide for the use of a larger number of antennas M> 3, which has practical applications (see, for example, [4] and [5]), where the use of the prototype method is not possible.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы оператора, благодаря визуализации на индикаторе расположения сигнальных отметок источников в поле наблюдения непосредственно в координатах «направление-дальность» (α, D) и прямого определения их координат на шкалах индикаторного поля, причем с максимальной для данной приемной системы помехоустойчивостью, при ограниченном увеличении объемов обработки.The objective of the invention is to increase the efficiency of the operator, by visualizing on the indicator the location of the signal marks of the sources in the observation field directly in the "direction-range" (α, D) coordinates and directly determining their coordinates on the indicator field scales, and with maximum noise immunity for this receiving system , with a limited increase in processing volumes.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение визуального наблюдения источников излучения на экране индикатора, их расположения непосредственно в искомых координатах поля наблюдения «направление-дальность» с прямым определением их координат на шкалах индикаторного поля при максимальной помехоустойчивости, достижимой в данной приемной системе, без необходимости предварительного обнаружения и наблюдения сигнала на графиках ПВКФ каждой пары антенн по отдельности, без определения взаимных задержек сигнала τ_mn(α, D) между антеннами по положению максимума ПВКФ на шкале задержеки τ (как в аналогах) или параметров ПВКФ (как в прототипе), обеспечение однозначного раздельного наблюдения расположения источников в поле наблюдения, при ограниченном увеличении объема обработки и вычислительных затрат. Предлагаемое изобретение может использоваться при произвольном количестве антенн (M≥3) и при произвольном их размещении в пространстве, причем при увеличении количества антенн М>3 преимущества предлагаемого способа быстро увеличиваются.The technical result of the invention is the provision of visual observation of radiation sources on the indicator screen, their location directly in the desired coordinates of the observation field "direction-range" with a direct determination of their coordinates on the scales of the indicator field with the maximum noise immunity achievable in this receiving system, without the need for preliminary detection and observing the signal on the PVKF graphs of each pair of antennas individually, without determining the mutual signal delays τ _mn (α, D) between the antennas by the position of the maximum PVKF on the delay scale τ (as in the analogues) or the parameters of the PVKF (as in the prototype), providing unambiguous separate observation of the location of the sources in the observation field, with a limited increase in processing volume and computational costs. The present invention can be used for an arbitrary number of antennas (M≥3) and for their arbitrary placement in space, and with an increase in the number of antennas M> 3, the advantages of the proposed method rapidly increase.

Для обеспечения указанного технического результата в способ пассивного определения координат источников, содержащий прием сигналов тремя антеннами, расположенными в пространстве известным образом, предварительную обработку принятых сигналов, определение попарных взаимно-корреляционных функций (ПВКФ) сигналов антенн, временное накопление ПВКФ, суммирование ПВКФ, индикацию, введены новые признаки, а именно: прием сигналов осуществляют M≥3 антеннами, в поле индикации организуют координатную сетку «направление-дальность» (α_p-D_q) с требуемыми границами поля наблюдения «α_min, α_max; D_min, D_max» и с интервалами дискретности Δ_α, Δ_D, для каждого pq-го узла координатной сетки вычисляют попарные разности времен распространения сигнала τ_mn(pq) к каждой m-й антенне и каждой другой n-й антенне из точки поля наблюдения с координатами pq-го узла координатной сетки (α_p-D_q), как если бы источник находился в этой точке, с выходов антенн определяют (М²-М)/2 ПВКФ сигнала C_mn(τ) каждой m-й антенны с сигналом каждой другой n-й антенны и выполняют квадратичное детектирование выходных сигналов каждой антенны, а суммирование ПВКФ выполняют для каждого pq-го узла координатной сетки путем считывания (М²-М)/2 значений полученных ПВКФ C_mn(τ_mn(pq)) на шкале задержек τ в точках τ=t_mn(pq) и суммирования их удвоенного значения с результатами квадратичного детектирования сигналов с каждой антенны, после чего все полученные суммарные значения для всех pq-к узлов выводят на координатную сетку индикатора, а координаты источников излучения определяют по положению максимума индикаторных значений на координатных шкалах координатной сетки.To ensure the indicated technical result, a method for passively determining the coordinates of sources, comprising receiving signals by three antennas located in space in a known manner, pre-processing the received signals, determining pairwise cross-correlation functions (PVKF) of the antenna signals, temporary accumulation of PVKF, summing PVKF, indication, introduced new features, namely: receiving signals carried M≥3 antennas organized in display field grid "direction-distance» (α _p -D _q) c requires emymi boundaries observation field «α _min, α _max; D _min , D _max "and with discrete intervals Δ _α , Δ _D , for each pq-th node of the coordinate grid, pairwise differences of the signal propagation times τ _mn (pq) to each m-th antenna and each other n-th antenna from the point are calculated observation fields with coordinates of the pqth node of the grid (α _p -D _q ), as if the source was at this point, from the outputs of the antennas determine (M ² -M) / 2 PVKF signal C _mn (τ) of each m-th antennas with the signal of each other n-th antenna and perform quadratic detection of the output signals of each antenna, and the sum of the PVKF is performed for each th pq-th grid node by reading out (M ² -N) / 2 values obtained PVKF _{C mn (τ mn (pq)} ) on the scale at points delays τ τ = t _mn (pq) and summing them with the results of twice the value of the quadratic detecting signals from each antenna, after which all the resulting total values for all pq-k nodes are displayed on the indicator coordinate grid, and the coordinates of the radiation sources are determined by the position of the maximum indicator values on the coordinate scales of the coordinate grid.

Дополнительного сокращения объемов обработки и увеличения точности считывания значений ПВКФ C_mn(t_mn(pq)) достигают тем, что определение ПВКФ каждой пары «антенна-другая антенна» выполняют, подвергая сигналы с выхода каждой антенны синхронной дискретизации с интервалом Δ_t, цифровому преобразованию и преобразованию Фурье на выборке длительностью NΔ_t, вычисляют комплексные попарные взаимные спектры плотности мощности (ПВСПМ) сигнала каждой антенны с сигналом каждой другой антенны, а накопление за время T_н выполняют отдельно для реальной и мнимой части ПВСПМ, для каждого ПВСПМ выполняют обратное преобразование Фурье, при котором последовательности ПВСПМ дополняют нулями до 2N, 4N, 8N…, получая промежуточные отсчеты ПВКФ на дискретной шкале временных задержек τ=τ_k, и при считывании значений ПВКФ в точках попарных разностей времен распространения сигнала τ_mn(pq), не совпадающих с дискретными значениями шкалы временных задержек τ_mn(pq)≠τ_k, используют интерполяцию.An additional reduction in processing volumes and an increase in the accuracy of reading PVKF values C _mn (t _mn (pq)) is achieved by determining the PVKF of each antenna-to-other antenna pair by subjecting the signals from the output of each synchronous sampling antenna with an interval Δ _t to digital conversion and Fourier transform on sample duration NΔ _t, calculated complex pairwise power density spectra (PVSPM) signal of each antenna with a different antenna signal each, and the accumulation time t for _n operate separately for real imaginary part PVSPM for each PVSPM performing an inverse Fourier transform, wherein PVSPM sequence complementary zeros to 2N, 4N, 8N ..., yielding intermediate samples PVKF on a discrete scale of time delays τ = τ _k, and when reading PVKF values at points pairwise time differences signal propagation τ _mn (pq), which do not coincide with discrete values of the time delay scale τ _mn (pq) ≠ τ _k , use interpolation.

Новизна предлагаемого решения заключается в том, что после определения ПВКФ сигналов с выходов антенн C_mn(τ), вместо определения взаимных задержек сигнала (как в аналогах) путем определения положения максимума ПВКФ на шкале τ каждой из ПВКФ, или других взаимных параметров ПВКФ - β₀, τ₀ и С₀ (как в прототипе), просто считывают значения C_mn(τ), без всякого анализа, по правилу τ=τ_mn(pq) и распределяют их по pq-м ячейкам координатной сетки (где τ_mn(pq) - заранее рассчитанные параметры pq-x узлов координатной сетки, р=1, 2,…,P, q=1, 2,…,Q).The novelty of the proposed solution lies in the fact that after determining the PVKF signals from the outputs of the antennas C _mn (τ), instead of determining the mutual signal delays (as in analogues) by determining the position of the maximum PVKF on the τ scale of each of the PVKF, or other mutual parameters of the PVKF - β ₀ , τ ₀ and С ₀ (as in the prototype), simply read the values of C _mn (τ), without any analysis, according to the rule τ = τ _mn (pq) and distribute them among the pq-th cells of the coordinate grid (where τ _mn ( pq) - pre-calculated parameters pq-x nodes of the grid, p = 1, 2, ..., P, q = 1, 2, ..., Q).

Введение новых признаков позволяет получить на индикаторе визуальную картину расположения источника или нескольких источников излучения в виде сигнальных отметок с максимальными значениями, координаты которых считываются непосредственно на координатных шкалах индикатора. При этом в координатной точке, соответствующей оценке истинного расположения источника, сигнальная отметка имеет максимум, образованный удвоенной суммой главных максимумов всех (М²-М)/2 ПВКФ и М оценок мощности квадратичными детекторами, что обеспечивает наибольшую помехоустойчивость обнаружения, наблюдения и определения координат источников в данной приемной системе, при ограниченном увеличении объемов обработки и вычислительных затрат. При этом главные лепестки каждой ПВКФ располагаются на двумерном поле индикации закономерным образом в виде трасс, пересекающихся в точке истинного расположения источника, создавая рисунок, обеспечивающий как идентификацию сигнальной отметки на фоне выбросов помехи, так и однозначное раздельное наблюдение нескольких источников, благодаря их размещению на двухкоординатной индикаторной картине.The introduction of new features allows you to get on the indicator a visual picture of the location of the source or several radiation sources in the form of signal marks with maximum values, the coordinates of which are read directly on the coordinate scales of the indicator. Moreover, at the coordinate point corresponding to the estimate of the true location of the source, the signal mark has a maximum formed by twice the sum of the main maxima of all (M ² -M) / 2 PVKF and M power ratings by quadratic detectors, which ensures the highest noise immunity of detection, observation and determination of source coordinates in this receiving system, with a limited increase in processing volumes and computational costs. In this case, the main lobes of each PVKF are arranged in a regular manner in the form of paths intersecting at the point of the true location of the source, creating a pattern that provides both identification of the signal mark against the background of interference emissions and unambiguous separate observation of several sources, due to their placement on the two-coordinate indicator picture.

Повышение помехоустойчивости до оптимальной здесь обеспечивается суммированием в каждой точке координатной сетки удвоенных значений всех (М²-М)/2 значений независимых ПВКФ приемной системы с результатами квадратичного детектирования выходных сигналов антенн, а сокращение вычислительных затрат достигается благодаря тому, что:An increase in noise immunity to optimal here is ensured by summing at each point of the coordinate grid the doubled values of all (M ² -M) / 2 values of independent PVKF of the receiving system with the results of quadratic detection of the output signals of the antennas, and the reduction in computational cost is achieved due to the fact that

- взаимная корреляция выхода каждой антенны с каждой другой антенной C_mn(τ) определяется один раз (за время накопления T_н, пока независимо от координатной сетки) и затем используется для всех P×Q узлов координатной сетки путем считывания полученных значений C_mn(τ*_mn(pq)),- the mutual correlation of the output of each antenna with each other antenna C _mn (τ) is determined once (during the accumulation time T _n , while independently of the coordinate grid) and then is used for all P × Q nodes of the coordinate grid by reading the obtained values of C _mn (τ * _mn (pq)),

- алгоритмы определения ВКФ C_mn(τ) хорошо разработаны до уровня стандартных процедур, как в аналоговой, так и в цифровой форме и оптимизированы по вычислительным затратам, в частности с использованием дискретизации коррелируемых процессов и применением алгоритмов быстрого преобразования Фурье,- algorithms for determining VKF C _mn (τ) are well developed to the level of standard procedures, both in analog and digital form and are optimized for computational costs, in particular using discretization of correlated processes and the use of fast Fourier transform algorithms,

- считывание значений ПВКФ с интерполяцией и их суммирование в P×Q узлах координатной сетки производится после процедуры временного накопления ПВКФ и результатов квадратичного детектирования, т.е. заполнение всех ячеек координатной сетки индикаторной картины производится в темпе времени накопления T_н, что существенно сокращает требуемые объемы обработки и вычислительные ресурсы.- reading of the PVKF values with interpolation and their summation in P × Q nodes of the coordinate grid is carried out after the procedure of temporary accumulation of PVKF and the results of quadratic detection, i.e. all cells of the coordinate grid of the indicator picture are filled in at the accumulation time T _n , which significantly reduces the required processing volumes and computational resources.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1-5, где на фиг.1 - схематическое изображение системы «источники-антенны» (для 3-х антенн), поясняющее предлагаемое изобретение; на фиг.2 - пример блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, на Фиг.3 - пример блок-схемы устройства, реализующего определение ПВКФ, на Фиг.4 - пример сигнальной отметки одиночного источника в поле индикации «направление-дальность» с сечениями по α и по D, проходящими через ее максимум; на Фиг.5 - пример визуализации взаимного расположения двух источников S₁, S₂ пo предлагаемому изобретению с сечениями, проходящими через максимумы их сигнальных отметок.The essence of the invention is illustrated by figures 1-5, where figure 1 is a schematic illustration of a system of "sources-antennas" (for 3 antennas), explaining the invention; figure 2 is an example of a block diagram of a device that implements the proposed method, figure 3 is an example of a block diagram of a device that implements the definition of PVKF, figure 4 is an example of a signal mark of a single source in the display field "direction-range" with sections in α and in D passing through its maximum; figure 5 is an example of a visualization of the relative position of two sources S ₁ , S ₂ according to the invention with sections passing through the maxima of their signal marks.

Сущность предлагаемого изобретения удобно пояснить на примере реализации его в простой двухкоординатной задаче с тремя линейно расположенными антеннами, как показано на поясняющей схеме Фиг.1, где приведено схематическое изображение геометрии системы «источники-приемники» для частной, планарной задачи визуализации источников в поле наблюдения в координатах «направление (α)-дальность (D))», для приемной системы из трех антенн А₁, A₂, А₃, когда источники и приемники находятся в одной плоскости на одной линии. За начало координат принята точка расположения центра центральной антенны А₂. Антенны расположены на оси х с известными координатами x₁, x₂=0, x₃, тогда L₁, L₂, L₃ - траектории сигнала от источника к антеннам A₁, А₂, А₃, соответственно. l₁₂, l₁₃, l₂₃ - разность хода сигнала излучателя к антеннам, тогда попарные разности времен распространения сигнала τ_mn(pq) к каждой m-й антенне и каждой другой n-й антенне (здесь m, n=1, 2, 3) из точки поля наблюдения с координатами pq-то координатного узла, где α_p=a_S, D_q=D_S равны: τ₁₂(α_S, D_S)=l₁₂/c, τ₁₃(α_S, D_S)=l₁₃/с, τ₂₃(α_S, D_S)=l₂₃/с, где с - скорость распространения сигнала. В более общем случае произвольного расположения антенн в пространстве, координаты их центров представлены вектором:

или

и др. и расчет разностей хода сигнала излучателя к антеннам l₁₂, l₁₃, l₂₃ решается аналогичным образом, по формулам тригонометрии.The essence of the invention is conveniently illustrated by the example of its implementation in a simple two-coordinate problem with three linearly arranged antennas, as shown in the explanatory diagram of Figure 1, which shows a schematic representation of the geometry of the "source-receiver" system for a particular, planar task of visualizing sources in the observation field in coordinates "direction (α) -range (D))", for a receiving system of three antennas A ₁ , A ₂ , A ₃ when the sources and receivers are in the same plane on the same line. The origin is the point of location of the center of the central antenna A ₂ . The antennas are located on the x axis with known coordinates x ₁ , x ₂ = 0, x ₃ , then L ₁ , L ₂ , L ₃ are the signal paths from the source to the antennas A ₁ , A ₂ , A ₃ , respectively. l ₁₂ , l ₁₃ , l ₂₃ is the difference in the path of the emitter signal to the antennas, then the pairwise differences of the signal propagation times τ _mn (pq) to each m-th antenna and every other n-th antenna (here m, n = 1, 2, 3) from the point of the observation field with the coordinates of the pq coordinate node, where α _p = a _S , D _q = D _S are equal: τ ₁₂ (α _S , D _S ) = l ₁₂ / c, τ ₁₃ (α _S , D _S ) = l ₁₃ / s, τ ₂₃ (α _S , D _S ) = l ₂₃ / s, where c is the signal propagation speed. In the more general case of an arbitrary arrangement of antennas in space, the coordinates of their centers are represented by the vector:

or

and others. and the calculation of the differences in the path of the emitter signal to the antennas l ₁₂ , l ₁₃ , l ₂₃ is solved in a similar way, according to the trigonometry formulas.

В более общем случае - трехкоординатной задачи: «азимут, угол места, дальность» [α, θ, D], действия выполняются аналогично описанным ниже для любой пары координат при фиксированном значении третьей координаты: [α, θ, D=const], [α, D, θ=const], [θ, D, α=const]. Выбор фиксированного значения третьей координаты определяется конкретным применением: либо оно известно по условиям задачи, либо задается рядом значений с переключением с одного на другое, либо задача решается параллельно для нескольких заданных значений, например, для веера характеристик направленности в вертикальной или горизонтальной плоскости, последовательности значений дальности и пр.In the more general case, the three-coordinate problem: "azimuth, elevation, range" [α, θ, D], the actions are performed similarly as described below for any pair of coordinates with a fixed value of the third coordinate: [α, θ, D = const], [ α, D, θ = const], [θ, D, α = const]. The choice of a fixed value of the third coordinate is determined by the specific application: either it is known according to the conditions of the problem, or it is set by a number of values with switching from one to another, or the problem is solved in parallel for several given values, for example, for a fan of directional characteristics in a vertical or horizontal plane, a sequence of values range, etc.

Отображение графика индикаторного процесса V_S(α, D) может быть представлено в прямоугольных координатах [α, D] (а также [α, θ], [θ, Z)]), как в аксонометрической проекции с линейным кодированием величины V_S(α, D), так и в виде плоской картины с яркостным или цветовым кодированием величины, а также в виде графиков сечений по α или D при фиксированном значении второй координаты, например, сечений, проходящих через максимум V_S(α, D), как показано на Фиг.4 и 5.The graph display of the indicator process V _S (α, D) can be represented in the rectangular coordinates [α, D] (as well as [α, θ], [θ, Z)]), as in an axonometric projection with linear coding of the value of V _S ( α, D), as well as in the form of a flat picture with brightness or color coding of a quantity, as well as in the form of graphs of sections along α or D for a fixed value of the second coordinate, for example, sections passing through the maximum V _S (α, D), as shown in FIGS. 4 and 5.

График V_S(α, D) может быть представлен также в других системах координат: полярной, географической и пр., в зависимости от конкретного применения.The graph of V _S (α, D) can also be represented in other coordinate systems: polar, geographical, etc., depending on the specific application.

Вариант реализации предлагаемого изобретения можно пояснить на примере устройства, реализующего прием сигналов в геометрии, представленной на схеме Фиг.1. Блок схема устройства по предлагаемому изобретению на примере системы из трех антенн показана на Фиг.2. Устройство (Фиг.2) содержит: блок 1 предварительной обработки (БПО), блок 2 попарной обработки сигналов (БПОС), блок 3 квадратичных детекторов (БКД), индикатор 4 и пульт управления 5. БПО содержит три входных блока 1.1 (A₁), 1.2 (A₂), 1.3 (А₃), включающих антенны и известные элементы предварительной обработки: усиление, фильтрацию, предварительную ориентацию для приема сигнала с направлений сектора обзора по направлению «α_min, α_max», заданного с пульта управления 5. Три выхода блока 1 соединены с входами блока 2 попарной обработки сигналов (БПОС), и, параллельно, с входами блока 3 квадратичных детекторов (БКД). Блок 2 содержит блок 6 попарной взаимно-корреляционной обработки сигналов (БПВК), блок 7 считывания значений ПВКФ (БС) и сумматор 8 из P÷Q ячеек, суммирующих в каждой ячейки (М²-М)/2 удвоенных результатов попарной обработки сигналов и М результатов квадратичного детектирования, а также вычислительный контур 9 расчета разностей времен прихода сигнала τ_mn(pq) к mn-м парам антенн (m, n=1, 2, 3, при m<n, тогда (М²-М)/2=3, для pq-x узлов координатной сетки, p=1, 2,…,P, q=1, 2,…,Q. Вычислительный контур 9 соединен и управляется устройством сканирования узлов координатной сетки 10 в пределах заданных пультом управления 5 границ поля обзора и индикации «α_min, α_max; D_min, D_max» с заданной дискретностью Δ_α, Δ_D.An implementation option of the invention can be illustrated by the example of a device that implements the reception of signals in the geometry shown in the diagram of Figure 1. The block diagram of the device according to the invention by the example of a system of three antennas is shown in Figure 2. The device (Figure 2) contains: pre-processing unit 1 (BPO), block 2 of pairwise signal processing (BPOS), block 3 of quadratic detectors (BCD), indicator 4 and control panel 5. BPO contains three input blocks 1.1 (A ₁ ) , 1.2 (A ₂ ), 1.3 (A ₃ ), including antennas and known pre-processing elements: amplification, filtering, preliminary orientation for receiving a signal from the directions of the viewing sector in the direction of α _min , α _max , specified from the control panel 5. Three outputs of block 1 are connected to the inputs of block 2 of pairwise signal processing (BPOS), and, in parallel no, to block 3 quadratic detector inputs (BKD). Block 2 contains a block 6 of pairwise cross-correlation signal processing (BPVK), block 7 of reading the values of PVKF (BS) and an adder 8 of P ÷ Q cells summing in each cell (M ² -M) / 2 doubled results of pairwise signal processing and M quadratic detection results, as well as a computational circuit 9 for calculating the differences of signal arrival times τ _mn (pq) to mn-m antenna pairs (m, n = 1, 2, 3, for m <n, then (M ² -M) / 2 = 3, for pq-x nodes of the coordinate grid, p = 1, 2, ..., P, q = 1, 2, ..., Q. Computing circuit 9 is connected and controlled by a scanning device for nodes of the coordinate grid ki 10 within predetermined 5 control field boundary review and display _{«α min, α max; D} min, D max» a predetermined increments Δ _α, Δ _D.

БПВК 6 содержит идентичные блоки 6.1, 6.2, 6.3 определения взаимно-корреляционных функций (ВКФ) C_mn(τ), на парные входы которых подключают выходные сигналы пар антенн из БПО 1: А1-А2 (1.1-1.2), А1-А3 (1.1-1.3) и А2-А3 (1.2-1.3), а выходы ВКФ 6.1-6.3 соединены с входами идентичных блоков 7.1, -7.3 блока БС 7 считывания значений ПВКФ C_mn(τ_mn(pq), m, n=1, 2, 3, при m<n, в точках τ=τ_mn(pq), поступающих из вычислительного контура 9 для каждого pq-го узла координатной сетки.BPVK 6 contains identical blocks 6.1, 6.2, 6.3 for determining the cross-correlation functions (VKF) C _mn (τ), the pair inputs of which connect the output signals of pairs of antennas from BPO 1: A1-A2 (1.1-1.2), A1-A3 ( 1.1-1.3) and A2-A3 (1.2-1.3), and the outputs of VKF 6.1-6.3 are connected to the inputs of identical blocks 7.1, -7.3 of BS unit 7 of reading the values of PVKF C _mn (τ _mn (pq), m, n = 1, 2, 3, for m <n, at the points τ = τ _mn (pq) coming from the computing circuit 9 for each pqth node of the coordinate grid.

Выходы БС 7.1, 7.2, 7.3 соединены с входами блока 8 сумматоров значений ПВКФ в pq-x узлах координатной сетки, который также имеет входы, соединенные с выходами блоков 3.1, 3.2, 3.3 блока 3 БКД, а его выход соединен с индикатором 4, соединенным также с пультом управления 5, управляющий адресами узлов координатной сетки pq.The outputs of BS 7.1, 7.2, 7.3 are connected to the inputs of block 8 of adders of PVKF values in pq-x nodes of the grid, which also has inputs connected to the outputs of blocks 3.1, 3.2, 3.3 of block 3 of the BKD, and its output is connected to indicator 4 connected also with the control panel 5, which controls the addresses of the nodes of the grid pq.

Пример экономичной реализации блока 6 определения попарной взаимной корреляции (БПВК) в частотной области приведен на схеме Фиг.3, где блоки 11.1-11.3 - синхронно работающие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), управляемые тактовой частотой F_т с генератора 16, 12.1-12.3 - идентичные блоки преобразования Фурье (БПФ), 13.1-13.3 - идентичные контуры вычисления комплексных попарных взаимных спектров плотности мощности (ПВСПМ) выходных сигналов всех пар антенн, 14.1-14.3 - идентичные блоки накопителей реальных и мнимых частей ПВСПМ, 15.1-15.3 - контуры вычисления обратного преобразования Фурье, выходные данные которых поступают на входы блока 6 (БС) считывания значений ПВКФ.An example of an economical implementation of block 6 for determining pairwise cross-correlation (BPVK) in the frequency domain is shown in Figure 3, where blocks 11.1-11.3 are synchronously operating analog-to-digital converters (ADCs) controlled by a clock frequency F _t from oscillator 16, 12.1-12.3 - identical Fourier transform blocks (FFT), 13.1-13.3 - identical calculation loops of complex pairwise mutual power density spectra (PVPSM) of the output signals of all antenna pairs, 14.1-14.3 - identical storage blocks of real and imaginary parts of the PVPSM, 15.1-15.3 - calculation loops about atnogo Fourier transform, the output data are applied to inputs of the block 6 (BS) reading PVKF values.

Пример выполнения предлагаемого способа целесообразно рассмотреть совместно с работой устройства по схеме Фиг.2. В блоке 4 индикации организуют координатную сетку «направление-дальность» (α_p-D_q) с требуемыми границами поля наблюдения «α_min, α_max; D_min, D_max» и с интервалами дискретности шкал Δ_α, Δ_D, задаваемыми с пульта управления 5. В блоке 5 сканирующее устройство перебирает узлы координатной сетки и передает значения координат α_p, D_q в вычислительный контур 9 расчета разностей времен прихода сигнала по формулам тригонометрии с использованием координат центров антенн в приемной системе и последовательным значениям предполагаемых координат источника излучения α_p, D_q (см. Фиг.1). Расчет разностей времен прихода сигнала производят при задании с пульта управления 5 параметров координатной сетки и сохраняют в памяти до следующего их задания. Сигналы, принятые антеннами с предварительной обработкой (блоки 1.1-1.3) поступают в блок попарной обработки сигналов 2, где в блоке 6 определяют ПВКФ сигналов всех пар антенн C_mn(τ) в блоках 6.1-6.3. Результаты определения ПВКФ C_mn(τ) поступают в блоки 7.1-7.3 считывания значений ПВКФ для значений разностей времен прихода сигнала τ=τ_mn(pq) к _mn-парам антенн для pq-х узлов координатной сетки, т.е. C_mn(τ_mn(pq)). Значения разностей времен прихода сигнала τ_mn(pq), как параметров считывания, поступают в блоки 7.1-7.3 из вычислительного контура 9. Результаты считывания значений ПВКФ из блоков 7.1-7.3 поступают в блок 8, где они суммируются в сумматорах pq-х узлов координатной сетки. Блок сумматоров 8 также имеет входы, соединенные с выходами квадратичных детекторов 3.1, 3.2, 3.3 блока 3 БКД, выходные значения которых u_m поступают на сумматоры pq-x узлов координатной сетки, угловая координата которых α_p укладывается в заданный строб относительно направления предварительной ориентации m-й антенны α_m:α_p∈α_m±Δ_γm, где Δ_γm - сектор внутри главного лепестка ХН антенны на уровне γ=0.7, 0.8, 0.9,…, по условиям конкретного применения.An example of the proposed method, it is advisable to consider together with the operation of the device according to the scheme of Figure 2. In the indication block 4, a “direction-range” coordinate grid is arranged (α _p -D _q ) with the required boundaries of the observation field “α _min , α _max ; D _min , D _max ”and with intervals of discreteness of the scales Δ _α , Δ _D set from the control panel 5. In block 5, the scanning device goes through the nodes of the coordinate grid and transfers the coordinate values α _p , D _q to the computing circuit 9 for calculating the differences of the signal arrival times according to the trigonometry formulas using the coordinates of the centers of the antennas in the receiving system and sequential values of the estimated coordinates of the radiation source α _p , D _q (see Figure 1). The calculation of the differences of the signal arrival times is carried out when 5 parameters of the coordinate grid are set from the control panel and stored in memory until their next task. The signals received by the pre-processed antennas (blocks 1.1-1.3) are sent to the pairwise signal processing unit 2, where in block 6 the PVKF of the signals of all antenna pairs C _mn (τ) in blocks 6.1-6.3 is determined. The results of determining the PVKF C _mn (τ) are supplied to the blocks 7.1-7.3 of reading the values of the PVKF for the values of the differences of the signal arrival times τ = τ _mn (pq) to the _mn -antenna pairs for the pq-x nodes of the coordinate grid, i.e. C _mn (τ _mn (pq)). The values of the differences of the signal arrival times τ _mn (pq), as read parameters, are sent to blocks 7.1-7.3 from computational circuit 9. The results of reading PVKF values from blocks 7.1-7.3 are sent to block 8, where they are summed in the adders of the pq-x coordinate nodes the grid. The adder block 8 also has inputs connected to the outputs of the quadratic detectors 3.1, 3.2, 3.3 of the BCD block 3, the output values of which u _m are supplied to the adders pq-x nodes of the coordinate grid, the angular coordinate of which α _p fits into the given strobe relative to the direction of the preliminary orientation m antenna α _m : α _p ∈ α _m ± Δ _γm , where Δ _γm is the sector inside the main lobe of the antenna antenna at the level γ = 0.7, 0.8, 0.9, ..., according to the conditions of a particular application.

Таким образом, в блоке 8 получают P×Q суммарных значений всех [М²-М)/2 ПВКФ и М выходов квадратичных детекторов (с накоплением), которые выводят на индикатор 4.Thus, in block 8, P × Q are obtained of the total values of all [M ² -M) / 2 PVKF and M outputs of quadratic detectors (with accumulation), which are displayed on indicator 4.

Пример сигнальной отметки одиночного источника на индикаторе 4 по предлагаемому изобретению с реализацией по схеме Фиг 2 приведен на рисунке Фиг.4. На Фиг.5 приведен пример визуализации взаимного расположения двух источников S₁, S₂ по предлагаемому изобретению.An example of a signal mark of a single source on the indicator 4 according to the invention with the implementation according to the scheme of Fig 2 is shown in Fig. 4. Figure 5 shows an example of visualization of the relative position of two sources S ₁ , S ₂ according to the invention.

Дополнительное сокращение объемов обработки и увеличение точности считывания значений ПВКФ C_mn(τ_mn(pq)) достигается с помощью устройства, представленного на Фиг.3. Устройство (фиг.3) содержит блоки АЦП 11.1-11.3, соединенные по входу с выходами блоков предварительной обработки 1.1-1.3 соответственно, а по выходу - с блоками быстрого преобразования Фурье (БПФ) 12.1-12.3 соответственно, блоки АЦП 11.1-11.3 соединены с тактовым генератором 16, синхронизирующим их работу. Выходы блоков БПФ 12.1-12.3 попарно соединены с парными входами идентичных блоков определения взаимных спектров плотности мощности (ВСПМ) 13.1-13.3, выходы которых соединены с накопителями реальных и мнимых частей ВСПМ 14.1-14.3. Выходы накопителей соединены с входами контуров вычисления обратного преобразования Фурье (ОБПФ) 15.1-15.3, выходы которых соединены с соответствующими входами блока считывания ПВКФ (БС) 7 (7.1-7.3).An additional reduction in processing volumes and an increase in the accuracy of reading PVKF values C _mn (τ _mn (pq)) is achieved using the device shown in FIG. 3. The device (Fig. 3) contains ADC blocks 11.1-11.3 connected at the input to the outputs of pre-processing blocks 1.1-1.3, respectively, and at the output, to fast Fourier transform (FFT) blocks 12.1-12.3, respectively, ADC blocks 11.1-11.3 are connected to clock generator 16, synchronizing their work. The outputs of the FFT blocks 12.1-12.3 are paired with the pair inputs of identical blocks for determining the mutual spectra of power density (VSPM) 13.1-13.3, the outputs of which are connected to the drives of the real and imaginary parts of the VSPM 14.1-14.3. The outputs of the drives are connected to the inputs of the circuits for calculating the inverse Fourier transform (OBPF) 15.1-15.3, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the reading unit PVKF (BS) 7 (7.1-7.3).

С помощью устройства фиг.3 ПВКФ каждой пары «антенна-другая антенна» выполняют, подвергая сигналы с выхода каждой антенны 1.1-1.3 синхронной дискретизации с интервалом Δ_t с тактовой частотой F_т генератора 16, цифровому преобразованию в 11.1-11.3 и быстрому преобразованию Фурье на выборке длительностью NΔ_t в 12.1-12.3. Вычисляют комплексные попарные взаимные спектры плотности мощности (ПВСПМ) сигнала каждой антенны с сигналом каждой другой антенны в 13.1-13.3, а накопление за время T_н выполняют отдельно для реальной и мнимой части ПВСПМ в 14.1-14.3, затем для каждой упомянутой ПВСПМ выполняют обратное преобразование Фурье в 15.1-15-3, при котором последовательности ПВСПМ дополняют нулями до 2N, 4N, 8N… с целью получения дополнительных, промежуточных отсчетов ПВКФ для увеличения точности считывания значений ПВКФ, результаты которых поступают в блок считывания 7 на входы блоков 7.1-7.3 соответственно.Using the device of FIG. 3, the PVKF of each antenna-to-other antenna pair is performed by subjecting the signals from the output of each antenna 1.1-1.3 to synchronous sampling at an interval Δ _t with a clock frequency F _{t of the} generator 16, to a digital conversion of 11.1-11.3 and a fast Fourier transform on a sample of duration NΔ _t in 12.1-12.3. The complex pairwise mutual power density spectra (MFPS) of the signal of each antenna are calculated with the signal of each other antenna in 13.1-13.3, and the accumulation for the time T _{n is} performed separately for the real and imaginary parts of the MPSF in 14.1-14.3, then the inverse transformation is performed for each of the mentioned MPSFs Fourier in 15.1-15-3, in which the sequences of PVSPM are supplemented with zeros up to 2N, 4N, 8N ... in order to obtain additional, intermediate samples of PVKF to increase the accuracy of reading the values of PVKF, the results of which are fed to the reading unit 7 at the input s block 7.1-7.3 respectively.

Известны практические приложения с другим количеством антенн М>3, как например в [4], где три бортовые антенны используют совместно с носовой антенной (М=4), или в трехкоординатном звуколокаторе [5] с пятью антеннами (М=5), где применение способа-прототипа невозможно или существенно уступает в помехоустойчивости. В случае применения предлагаемого способа с большим количеством антенн М состав, содержание и связи операций сохраняются, увеличивается лишь количество К идентичных блоков в схемах типа Фиг.2 и Фиг.3 в соответствии с формулой K=(М²-М)/2: при М=3, K=3, при М=4, K=6, при М=5, K=10 и т.д., при этом с увеличением количества антенн преимущества предлагаемого способа быстро увеличиваются.Practical applications are known with a different number of antennas M> 3, such as in [4], where three airborne antennas are used in conjunction with a bow antenna (M = 4), or in a three-coordinate sonar [5] with five antennas (M = 5), where the application of the prototype method is impossible or significantly inferior in noise immunity. In the case of applying the proposed method with a large number of antennas M, the composition, content and communications of operations are saved, only the number K of identical blocks in schemes of the type of Figure 2 and Figure 3 increases in accordance with the formula K = (M ² -M) / 2: when M = 3, K = 3, with M = 4, K = 6, with M = 5, K = 10, etc., while with the increase in the number of antennas the advantages of the proposed method quickly increase.

Работоспособность предлагаемого способа подтверждена моделированием и натурными испытаниями на макетах в реальных условиях, в том числе с количеством используемых разнесенных антенн М>3 [5]. В частном примере индикации поля наблюдения (типа Фиг.4 и 5) с координатной сеткой 200×100 узлов, с тремя антеннами, верхней частотой приема 8 кГц, частотой дискретизации 20 кГц, N_БПФ=512, расширением массива нулями до размера 4N, при времени накопления T_н=1.0 с, с интерполяцией C_mn(τ) полиномом 2 порядка по 3 точкам, с применением предлагаемого изобретения получена помехоустойчивость результата на уровне оптимальной обработки, т.е. максимальная при данной приемной системе, а сокращение объема обработки и времени решения на обычном персональном компьютере, составляет ≈50 раз по сравнению с прямым оптимальным решением.The efficiency of the proposed method is confirmed by modeling and full-scale tests on mock-ups in real conditions, including the number of spaced antennas M> 3 used [5]. In a particular example of an indication of an observation field (such as Figs. 4 and 5) with a coordinate grid of 200 × 100 nodes, with three antennas, an upper receiving frequency of 8 kHz, a sampling frequency of 20 kHz, N _FFT = 512, expanding the array with zeros to size 4N, with accumulation time T _n = 1.0 s, with interpolation of C _mn (τ) polynomial 2 orders of magnitude by 3 points, using the present invention obtained noise immunity of the result at the level of optimal processing, i.e. the maximum for this receiving system, and the reduction in processing volume and solution time on a conventional personal computer, is ≈50 times in comparison with the direct optimal solution.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №3,947,803. Система определения направления. МПК G01S 11/14; G01S 11/00; G01S 3/00; G01S 3/808; G01S 003/80, заявл. 12.05.1971, публ. 30.03.1976 г.1. US patent No. 3,947,803. Direction determination system. IPC G01S 11/14; G01S 11/00; G01S 3/00; G01S 3/808; G01S 003/80, declared 05/12/1971, publ. 03/30/1976

2. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука. 2004. С. 66-68.2. Koryakin Yu.A., Smirnov S.A., Yakovlev G.V. Ship sonar equipment. Status and current problems. SPb .: Science. 2004.S. 66-68.

3. Патент США №4,910,719. Метод пассивной звуковой телеметрии. МПК G01S 5/18, заявл. 20.04.1988, публ. 20.03.1990. (Прототип).3. US Patent No. 4,910,719. The method of passive sound telemetry. IPC G01S 5/18, declared 04/20/1988, publ. 03/20/1990. (Prototype).

4. Патент США №4,480,322. Пассивная акустическая система подводного измерения дальности. МПК G01S 3/80; G01S 5/18, заявл. 05.04.1982, публ. 30.10.1984.4. US Patent No. 4,480,322. Passive underwater acoustic range measurement system. IPC G01S 3/80; G01S 5/18 stated 04/05/1982, publ. 10/30/1984.

5. Л.Е. Гампер. О пространственных характеристиках трехмерной разнесенной акустической системы. Натурные испытания. Докл. XI школы-семинара им. акад. Л.М.Бреховских "Акустика океана" и XVII сессия Российского Акустического общества, май 2006 г. М.: ГЕОС, 2006.5. L.E. Gamper. On the spatial characteristics of a three-dimensional diversity speaker system. Field tests. Doc. XI school-seminar them. Acad. L. Brekhovskikh "Acoustics of the Ocean" and the XVII session of the Russian Acoustic Society, May 2006. M .: GEOS, 2006.

Claims (2)

1. Способ пассивного определения координат источников излучения, содержащий прием сигналов тремя антеннами, расположенными в пространстве известным образом, предварительную обработку принятых сигналов, определение попарных взаимнокорреляционных функций (ПВКФ) сигналов антенн, временное накопление ПВКФ, суммирование ПВКФ, индикацию, отличающийся тем, что прием сигналов производят М≥3 антеннами, в поле индикации организуют координатную сетку «направление-дальность» (α_p-D_q) с требуемыми границами поля наблюдения «α_min, α_max; D_min, D_max» и с интервалами дискретности Δ_α, Δ_D, для каждого pq-го узла координатной сетки вычисляют попарные разности времен распространения сигнала к каждой m-й антенне и каждой другой n-й антенне из точки поля наблюдения с координатами pq-го узла координатной сетки τ_mn(pq), как если бы источник находился в этой точке, с выходов антенн определяют (М²-М)/2 ПВКФ сигнала C_mn(τ) каждой m-й антенны с сигналом каждой другой n-й антенны и выполняют квадратичное детектирование выходных сигналов каждой антенны, а суммирование ПВКФ выполняют для каждого pq-то узла координатной сетки путем считывания (М²-М)/2 значений полученных ПВКФ C_mn(τ) в точках τ=τ_mn(pq) на шкале задержек τ и суммирования их удвоенного значения с результатами квадратичного детектирования сигналов каждой антенны, после чего все полученные суммарные значения для всех pq-x узлов выводят на координатную сетку индикатора, а координаты источников излучения определяют по положению максимума индикаторных значений на координатных шкалах координатной сетки.1. A method for passively determining the coordinates of radiation sources, comprising receiving signals by three antennas located in space in a known manner, pre-processing the received signals, determining pairwise cross-correlation functions (PVKF) of the antenna signals, temporary accumulation of PVKF, summing of PVKF, an indication, characterized in that the reception the signals are produced by M≥3 antennas; in the display field, a “direction-range” coordinate grid (α _p -D _q ) with the required boundaries of the observation field “α _min , α _max ; D _min , D _max ”and with discrete intervals Δ _α , Δ _D , for each pq-th node of the coordinate grid, pairwise differences of the propagation times of the signal to each m-th antenna and each other n-th antenna are calculated from the point of the observation field with coordinates pq -th node of the grid τ _mn (pq), as if the source was at this point, from the outputs of the antennas determine (M ² -M) / 2 PVKF signal C _mn (τ) of each m-th antenna with a signal of each other n- th antenna and perform quadratic detection of the output signals of each antenna, and the summation of the PVKF is performed for each pq grid node by reading (M ² -M) / 2 values of the received PVKF C _mn (τ) at points τ = τ _mn (pq) on the delay scale τ and summing their double value with the results of quadratic detection of the signals of each antenna, after which all the resulting total values for all pq-x nodes are displayed on the coordinate grid of the indicator, and the coordinates of the radiation sources are determined by the position of the maximum indicator values on the coordinate scales of the coordinate grid. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение ПВКФ каждой пары «антенна-другая антенна» выполняют, подвергая сигналы с выхода каждой антенны синхронной дискретизации с интервалом Δ_t, цифровому преобразованию и преобразованию Фурье на выборке длительностью NΔ_t, вычисляют комплексные попарные взаимные спектры плотности мощности (ПВСПМ) сигнала каждой антенны с сигналом каждой другой антенны, а накапление за время T_н выполняют отдельно для реальной и мнимой части ПВСПМ, для каждого ПВСПМ выполняют обратное преобразование Фурье, при котором последовательности ПВСПМ дополняют нулями до 2N, 4N, 8N…, получая промежуточные отсчеты ПВКФ на дискретной шкале временных задержек τ=τ_k, и при считывании значений ПВКФ в точках попарных разностей времен распространения сигнала τ_mn(pq), не совпадающих с дискретными значениями шкалы временных задержек τ_mn(pq)≠τ_k, используют интерполяцию. 2. The method according to claim 1, characterized in that the PVKF determination of each antenna-to-other antenna pair is performed by subjecting the output signals of each antenna to synchronous sampling with an interval Δ _t to digital and Fourier transform on a sample of duration NΔ _t , complex pairwise power density spectra (PVSPM) signal of each antenna with a different antenna signal each, and nakaplenie a time T _n is performed separately for real and imaginary parts PVSPM for each PVSPM perform inverse Fourier transformation for k torus sequence PVSPM complemented with zeros to 2N, 4N, 8N ..., yielding intermediate samples PVKF on a discrete scale of time delays τ = τ _k, and when reading PVKF values at points pairwise differences of propagation time τ _mn (pq), which do not coincide with discrete values time delay scales τ _mn (pq) ≠ τ _k , use interpolation.

Images