Пространственная фильтрация при определении положения источников радиоизлучения

Введение. Угломерный метод определения положения перекрывающихся по спектру источников радиоизлучения (ИРИ) дополнен пространственной фильтрацией (ПФ) их многолучевых сигналов и вычислением взаимных корреляционных функций (ВКФ) между оценками сигналов, принятых в одном и в разных пунктах приема (ПП). При таком подходе не формируются ложные точки и области определения положения.

Цель работы. Разработка и исследование метода сопоставления линий положения, базирующегося на оценках сигналов ИРИ, полученных ПФ в разных ПП.

Материалы и методы. Оценки направлений прихода перекрывающихся по спектру сигналов ИРИ в разных ПП формируются на основе метода MUSIC. Коэффициенты пространственного фильтра для выделения сигналов ИРИ рассчитываются по критерию наименьших квадратов с помощью полученных оценок. Вычисление ВКФ оценок сигналов в фиксированном ПП позволяет исключить из анализа переотраженные сигналы. Сопоставление оценок направлений прихода сигналов в разные ПП выполнено на основе вычисления их ВКФ. Режекция неподавленных мешающих сигналов из-за неточно заданного амплитудно-фазового распределения (АФР) антенной решетки (АР) улучшает результаты ПФ. Исследование разработанного метода проведено имитационным моделированием в MATLAB.

Результаты. При точном задании АФР АР определение положения обнаруженных ИРИ, излучающих сигнал любой интенсивности, происходит с вероятностью, достигающей 100 %. Наихудшими условиями является доминирование одного сильного сигнала ИРИ во всех ПП при неточном задании АФР АР. Применение дополнительной режекции повышает вероятность правильного определения положения ИРИ, излучающих слабый сигнал, с 40 до 90 %.

Заключение. В зависимости от условий распространения, уровней сигналов и точности калибровки АР вероятность правильного определения положения источников слабых сигналов превышает 90 %. 

1. Robust Adaptive Beamforming / ed. by J. Li, P. Stoica. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2006. 445 p.

2. Fernández-Prades C., Arribas J., Closas P. Robust GNSS receivers by array signal processing: Theory and implementation // Proc. of the IEEE. 2016. Vol. 104, iss. 6. P. 1207–1220. doi: 10.1109/JPROC.2016.2532963

3. Balanis C. A., Ioannides P. I. Introduction to smart antennas // Synthesis Lectures on Antennas. Vol. 5. Berlin: Springer, 2007. 175 p. doi: 10.1007/978-3-031-01533-5

4. Stevanović I., Skrivervik A., Mosig J. R. Smart Antenna Systems for Mobile Communications. Final Report. URL: https://www.academia.edu/24560455/Smart_Antenna_Systems_for_Mobile_Communications_FINAL_REPORT_ECOLE_POLYTECHNIQUE_FEDERALE_DE_LAUSANNE (дата обращения 22.06.2025).

5. Handbook of Position Location: Theory, Practice, and Advances / ed. by S. A. R. Zakavat, R. M. Buehrer. New Jersey: John Wiley & Sons, 2012. 1281 p. doi: 10.1002/9781118104750

6. Липатников В. А., Царик О. В. Методы радиоконтроля: теория и практика. СПб.: Нацразвитие, 2018, 607 p.

7. Comparison of time-difference-of-arrival and angle-of-arrival methods of signal geolocation. URL: https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-SM.2211-2-2018-PDF-E.pdf (дата обращения 22.06.2025).

8. Еремеев И. Ю., Печурин В. В., Саниев Р. Р. Сравнение точностей угломерной и разностнодальномерной систем определения местоположения с минимальным числом приемных станций // Электромагнитные волны и электронные системы. 2022. Т. 27, № 4. С. 19–26. doi: 10.18127/j15604128-202204-03

9. Устинов К. В. Алгоритм оценки координат источников радиоизлучений, тождественных по частоте // IV Всерос. конф. "Радиолокация и радиосвязь" – ИРЭ РАН, Москва, 29 нояб.–3 дек. 2010. C. 30–32. URL: http://jre.cplire.ru/alt/library/4conf/docs/pdffiles/r3.pdf (дата обращения 22.06.2025).

10. Roy R., Kailath T. ESPRIT-Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques // IEEE Trans. Acoustics, Speech and Signal Processing. 1989. Vol. 37, iss. 7. P. 984–995. doi: 10.1109/29.32276

11. Особенности применения методов MUSIC и ESPRIT в адаптивных смарт-антеннах / М. Е. Шевченко, В. Н. Малышев, А. В. Горовой, С. Н. Соловьев, А. Х. Кельян // Антенны и распространение радиоволн: Всерос. науч.-техн. конф., СПб., 24–26 нояб. 2021. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2021. С. 99–102.

12. Шевченко М. Е., Горовой А. В., Соловьев С. Н. Пространственная фильтрация перекрывающихся по спектру сигналов // Вопр. радиоэлектроники. 2019. Т. 48, № 12. C. 27–33. doi: 10.21778/2218-5453-2019-12-27-33

13. Пространственная фильтрация сигналов при неточной калибровке aнтенной решетки / М. E. Шевченко, В. Н. Малышев, А. В. Горовой, А. С. Черепанов // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 6. С. 27–40. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-6-27-40

14. Гавриленко В. Г., Яшнов В. А. Передача информации по беспроводным сетям в условиях пересеченной местности: учеб.-метод. пособие. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2007. 112 с.

15. Мамченко М. В., Зорин В. А., Романова М. А. Эмпирическая модель расчета затухания сигнала с учетом коэффициента застройки местности для беспилотных транспортных средств // Изв. Кабардино-Балкарского науч. центра РАН. 2022. Т. 105, вып. 1. С. 59–73. doi: 10.35330/1991-6639-2022-1-105-59-73