radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2020-23-6-17-27radioelectronics-475Research ArticleРАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯRADAR AND NAVIGATIONТочность местоопределения наземных источников, использующих геостационарные ретрансляторыAccuracy of Positioning of Ground Sources Using Geostationary Repeatershttps://orcid.org/0000-0001-5196-1213ГаллР. Д.GallR. D.

Галл Роман Даниилович – магистр по направлению "Инфокоммуникационные технологии и системы связи" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (2017), аспирант Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" (направление "Электроника, радиотехника и системы связи"), инженер-программист ООО НПП "НТТ", главный алгоритмист отдела геолокации. Сфера научных интересов - радиолокация, радионавигация, радиотехника, обработка сигналов. 

ул. Софьи Ковалевской, д. 20, корп. 1, лит. А, пом. 22Н, Санкт-Петербург, 195256

Roman D. Gall, Master in the direction of "Infocommunication technologies and communication systems" of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (2017), post-graduate student of the Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" (direction "Electronics, radio engineering and communication systems"), engineer-programmer of "New Telecommunication Technologies" RPE Co.Ltd., chief algorithmist of the Geolocation Department. Area of expertise: radiolocation, radio navigation, radio engineering, signal processing.

20 A, Sofia Kovalevskaya St., Bld. 1, Room 22H, St Petersburg 195256

roman942010@mail.ruООО Научно-производственное предприятие "Новые технологии телекоммуникаций"Россия"New Telecommunication Technologies" RPE Co. Ltd.Russian Federation2020291220202361727Copyright © Галл Р.Д., 20202020Галл Р.Д.Gall R.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/475Введение

Введение. В настоящее время наблюдается значительное увеличение количества спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите, при этом часто фиксируются случаи незаконного использования частотного ресурса таких спутников, а также непреднамеренного и преднамеренного создания помех другим пользователям. В связи с этим возникает необходимость оценки точности и применимости различных методов определения местоположения источников нелегального и помехового радиоизлучения при различных параметрах сигналов и различной степени неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов.

Цель работы

Цель работы. Исследование и оценка точности методов геолокации источников радиоизлучения (ИРИ), работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы, при различных параметрах сигналов геолоцируемых ИРИ и различной степени априорной неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Используются метод имитационного моделирования и теория цифровой обработки сигналов.

Результаты

Результаты. Рассмотрены факторы, влияющие на точность оценки параметров TDOA (Тime Difference of Arrival) и FDOA (Frequency Difference of Arrival) при определении местоположения (ОМП) ИРИ, работающих через спутники-ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите. В результате имитационного моделирования получена оценка точности рассмотренных методов геолокации в зависимости от ширины полосы сигнала ИРИ, длительности записи и степени априорной неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов. Сформулированы рекомендации по применению рассмотренных методов в различных условиях.

Заключение

Заключение. Выводы и рекомендации, сформулированные в результате исследования, позволят в зависимости от конкретных условий и параметров сигналов выбирать наиболее подходящий метод геолокации для повышения точности ОМП ИРИ.

Introduction

Introduction. Currently, there is a significant increase in the number of relay satellites in geostationary orbit. However, frequent incidents of illegal use of the satellites frequency resource, as well as unintentional and deliberate interference with other users are fixed. In this regard, it becomes necessary to evaluate accuracy and applicability of various methods for determining the location of sources of illegal and interfering radio emission with different signal parameters and with different levels of uncertainty for relay satellite coordinates and velocities.

Aim

Aim. To study and to evaluate the accuracy of methods of geolocation of radio emission sources operating through geostationary relay satellites, with different signal parameters and with different levels of uncertainty for relay satellite coordinates and velocities.

Materials and methods

Materials and methods. Imitation modeling and the theory of digital signal processing were used.

Results

Results. Factors influencing the accuracy of the estimation of TDOA and FDOA parameters when determining the position of radio emission sources, which operate via relay satellites located in geostationary orbit, were considered. As a result of simulation, the estimate of the accuracy of the considered geolocation methods was obtained. It depends on the bandwidth of radio emission source signal, on the recording duration and on the level of a priori uncertainty relatively the relay satellites coordinates and velocities. Recommendations for the application of the considered methods in various conditions were formulated.

Conclusions

Conclusions. Conclusions and recommendations formulated as a result of the study, will allow one to choose the most appropriate geolocation method to improve the accuracy of radio emission sources locating depending on conditions and signal parameters.

геолокацияопределение местоположениякоординатометриягеостационарный спутникметод TDOA-TDOAметод TDOA-FDOAметод FDOA-FDOAgeolocationpositioningcoordinate measurementgeostationary satelliteTDOA-TDOA methodTDOA-FDOA methodFDOA-FDOA methodReferencesАлгоритм определения координат земных станций по сигналам, спутников-ретрансляторов / Р. В. Волков, В. Н. Саяпин, В. В. Севидов, Л. М. Севидова // Теория и практика современной науки. 2016. № 10 (16). С. 69–72.Volkov R. V., Sayapin V. N., Sevidov V. V., Sevidova L. M. Algorithm of determination of coordinates of ground stations for transponders signals. Teoriya i praktika sovremennoi nauki [Theory and practice of modern science]. 2016, no. 10 (16), pp. 69-72. (In Russ.)Оценка координат источника радиоизлучения на основе решения линеаризованной системы уравнений разностно-дальномерного метода / И. В. Гринь, Р. А. Ершов, О. А. Морозов, В. Р. Фидельман // Изв. вузов. Поволжский регион. Техн. науки. 2014. № 4 (32). С. 71–81.Grin' I. V., Ershov R. A., Morozov O. A., Fidel'- man V. R. Evaluation of radio source’s coordinates based on solution of linearized system of equations by rangedifference method. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Povolzhskii region. Tekhnicheskie nauki [J. of the Universities. Volga region. Technical science]. 2014, no. 4 (32), pp. 71-81. (In Russ.)Ho K. C., Chan Y. T. Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1997. Vol. 33, № 3. P. 770–783. doi: 10.1109/7.599239Ho K. C., Chan Y. T. Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1997, vol. 33, iss. 3, pp. 770–783. doi: 10.1109/7.599239Musicki D., Koch W. Geolocation using TDOA and FDOA Measurements // 11th Inter. Conf. on Information Fusion, June 30-July 2008, Cologne, Germany.Musicki D., Koch W. Geolocation using TDOA and FDOA Measurements. 11th Intern. Conf. on Information Fusion, Cologne, Germany, June 30-July, 2008.TDOA-FDOA source geolocation using moving horizon estimation with satellite location errors / C. Shan, L. Yang, L. Yang, X. Li, W. Li // IEEE Pacific Rim Conf. on Communications, Computers and Signal Processing (PACRIM), Victoria, BC, 2017. P. 1-6. doi: 10.1109/PACRIM.2017.8121932Shan C., Yang L., Yang L., Li X., Li W. TDOA-FDOA source geolocation using moving horizon estimation with satellite location errors. 2017 IEEE Pacific Rim Conf. on Communications, Computers and Signal Processing (PACRIM), Victoria, BC, 2017, pp. 1-6. doi: 10.1109/PACRIM.2017.8121932Passive satellite localization using TDOA/FDOA/AOA measurements / Y. Z. Bin, W. Lei, C. P. Qun, L. A. Nan // Proceedings of the 2011 IEEE Intern. Conf. on Intelligent Computing and Integrated Systems (ICISS), Guilin, China, 1–8 Jan. 2013. P. 1–5. doi: 10.1109/ANTHOLOGY.2013.6784815Bin Y. Z., Lei W., Qun C. P., Nan L. A. Passive satellite localization using TDOA/FDOA/AOA measurements. Proc. of the 2011 IEEE Intern. Conf. on Intelligent Computing and Integrated Systems (ICISS), Guilin, China, 1–8 Jan. 2013, pp. 1–5. doi: 10.1109/ANTHOLOGY.2013.6784815Space Electronic Reconnaissance: Localization Theories and Methods / F. Guo, Yu. Fan, Yi. Zhou et al. John Wiley & Sons Singapore Pte Ltd, 2014. 384 c.Guo F., Fan Yu., Zhou Yi., Xhou C., Li Q. Space Electronic Reconnaissance: Localization Theories and Methods. John Wiley & Sons Singapore Pte Ltd, 2014. 384 p.Liu C., Yang L., Mihaylova L. S. Dual-Satellite Source Geolocation with Time and Frequency Offsets and Satellite Location Errors // 20th Intern. Conf. on Information Fusion (Fusion), Xi'an, China, 10-13 July 2017. doi: 10.23919/ICIF.2017.8009716Liu C., Yang L., Mihaylova L. S. Dual-Satellite Source Geolocation with Time and Frequency Offsets and Satellite Location Errors. 20th Intern. Conf. on Information Fusion (Fusion), Xi'an, China, 10-13 July 2017. doi: 10.23919/ICIF.2017.8009716New method about TDOA measurement for satellite interference location / Yi. Liu, D. Huang, Yu. Han, Ji. Han // 8th Intern. Symp. on Antennas, Propagation and EM Theory, Kunming, 2008. P. 1314-1317. doi: 10.1109/ISAPE.2008.4735467Liu Yi., Huang D., Han Yu., Han Ji. New method about TDOA measurement for satellite interference location. 8th Intern. Symp. on Antennas, Propagation and EM Theory, Kunming, 2008, pp. 1314-1317. doi: 10.1109/ISAPE.2008.4735467The influence of sampling mode on the accuracy of satellite interference geolocation / P. Zhou, Q. Zhang, H. Lin, P. Yu // IEEE Intern. Conf. on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC), Xiamen, 2017. P. 1-5. doi: 10.1109/ICSPCC.2017.8242447Zhou P., Zhang Q., Lin H., Yu P. The influence of sampling mode on the accuracy of satellite interference geolocation. 2017 IEEE Intern. Conf. on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC), Xiamen, 2017, pp. 1-5. doi: 10.1109/ICSPCC.2017.8242447Pattison T., Chou S. I. Sensitivity analysis of dualsatellite geolocation // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. Vol. 36, iss. 1. P. 56-71. doi: 10.1109/7.826312Pattison T., Chou S. I. Sensitivity analysis of dualsatellite geolocation. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 36, iss. 1, pp. 56-71. doi: 10.1109/7.826312Deng B., Xiong J., Xia C. The observability analysis of aerial moving target location based on dual-satellite geolocation system // Proc. Intern. Conf. Comput. Sci. Inf. Process. (CSIP), Aug. 24–26, 2012. P. 12–15. doi: 10.1109/CSIP.2012.6308782Deng B., Xiong J., Xia C. The observability analysis of aerial moving target location based on dual-satellite geolocation system. Proc. Int. Conf. Comput. Sci. Inf. Process. (CSIP), 24–26 Aug. 2012, pp. 12–15. doi: 10.1109/CSIP.2012.6308782Zhang W., Zhang G. Geolocation Algorithm of Interference Sources from FDOA Measurements Using Satellites Based on Taylor Series Expansion // IEEE 83rd Vehicular Technology Conf. (VTC Spring), Nanjing, 2016. P. 1-5. doi: 10.1109/VTCSpring.2016.7504260Zhang W., Zhang G. Geolocation Algorithm of Interference Sources from FDOA Measurements Using Satellites Based on Taylor Series Expansion. 2016 IEEE 83rd Vehicular Technology Conf. (VTC Spring), Nanjing, 2016, pp. 1-5. doi: 10.1109/VTCSpring.2016.7504260Yan H., Cao J. K., Chen L. Study on location accuracy of dual-satellite geolocation system // Proc. of the 10th Intern. Conf. on IEEE ICSP, Beijing, China, 24–28 Oct. 2010. P. 107–110. doi: 10.1109/ICOSP.2010.5656806Yan H., Cao, J. K., Chen L. Study on location accuracy of dual-satellite geolocation system. Proceedings of the 10th Intern. Conf. on IEEE ICSP. Beijing, China, 24–28 Oct. 2010, pp. 107–110, doi: 10.1109/ICOSP.2010.5656806Stein S. Differential delay/Doppler ML estimation with unknown signals // IEEE Transactions on Signal Processing, Aug. 1993. Vol. 41, iss. 8. P. 2717-2719. doi: 10.1109/78.229901Stein S. Differential delay/Doppler ML estimation with unknown signals. IEEE Transactions on Signal Processing, Aug. 1993, vol. 41, iss. 8, pp. 2717-2719. doi: 10.1109/78.229901Stein S. Algorithms for ambiguity function processing // IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, June. 1981. Vol. 29, iss. 3. P. 588-599. doi: 10.1109/TASмелирSP.1981.1163621Stein S. Algorithms for ambiguity function processing. IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, Jun. 1981, vol. 29, iss. 3, pp. 588-599. doi: 10.1109/TASSP.1981.1163621

The authors declare that there are no conflicts of interest present.