Введение к работе
Актуальность темы исследований. Разрабатываемый однопозиционный метод определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) предназначен для использования в станциях радиотехнической разведки (РТР).
Основная задача радиотехнической разведки - обнаружение работающих радиотехнических средств, определение их координат и параметров излучаемых сигналов. Важной особенностью пассивных средств разведки является то, что при выполнении задачи они не облучают объект разведки радиоволнами, что обеспечивает скрытность их работы.
В настоящее время определение координат станциями наземной разведки осуществляется пеленгационным или разностно-дальномерным методом, а также их комбинацией. Для их реализации станция разведки должна иметь два-три приемных пункта, разнесенных на единицы-десятки километров друг от друга для обеспечения достаточной точности местоопределения. Между этими пунктами, образующими измерительную базу системы местоопределения, организуется линия радиосвязи и обмена информацией, которая демаскирует станцию разведки, делая ее уязвимой.
Поэтому изыскиваются возможности уменьшить расстояние между приемными пунктами, в пределе вести разведку из одного приемного пункта. В частности, это представляется возможным сделать, анализируя в точке приема (наряду с прямым сигналом источника) отражения сигнала от объектов на местности.
Сложность задачи заключается в разнообразии количества, форм и взаимного расположения протяженных и точечных объектов, встречающихся на местности, из-за чего чрезвычайно трудно однозначно определить местоположение объекта, от которого был отражен сигнал ИРИ. Эта задача в полном объеме не решена до сих пор. Поэтому тема диссертации актуальна.
В диссертационной работе использованы экспериментальные данные об особенностях распространения радиоволн сантиметрового диапазона, полученные в ходе выполнения проекта «Пространственно-временные модели ультракоротких сигналов, распространяющихся вдоль неровной земной поверхности» в рамках ФЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006-2008 гг.), а также проекта «Анализ и прогнозирование искажений СВЧ радиоволн и звуковых волн при их распространении в неоднородной тропосфере над неоднородной и неровной земной поверхностью» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
При выполнении указанных работ выявлено существенное влияние отражений радиоволн от неровностей рельефа, опушек леса, кустарников, искусственных сооружений и т.п. на сигналы источника радиоизлучения, прошедшие наземную трассу распространения радиоволн (РРВ). Автором были проведены исследования, направленные на выделение отраженных сигналов, определение местоположения объектов, от которых они были отражены, и их отражательных свойств. Была оценена возможность использования множества отражателей на трассе в качестве элементов измерительной базы системы местоопределения, чтобы превратить переотражения из мешающего фактора в полезный.
Цель диссертационной работы - разработать метод использования отражений от множества одиночных и протяженных объектов в условиях пересеченной местности как основу для создания однопозиционной системы РТР сантиметрового диапазона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать однопозиционный метод, использующий для определения координат ИРИ множество объектов на трассе РРВ, и оценить его эффективность;
разработать метод выделения отраженных сигналов и определения местоположения соответствующих им реальных отражателей по экспериментальным данным;
провести оценку границ области, существенной для формирования отраженных сигналов в точке приема, с учетом направленных свойств антенн ИРИ и приемного пункта, а также экспериментальную оценку отражающих свойств объектов, расположенных в этой области, на реальных наземных трассах РРВ;
проверить разработанный метод оценки координат ИРИ на реальных трассах, оценить точность местоопределения.
Методы исследования. Поставленные задачи решены с использованием экспериментального материала методами математического анализа и численного моделирования. Состоятельность полученных результатов проверялась по экспериментальным данным.
Научная новизна работы, по мнению автора, состоит в том, что для построения однопозиционных измерителей координат источников радиоизлучения используется совокупность отраженных сигналов, пеленги на которые определяются из одного приемного пункта, равно как и задержки отраженных сигналов относительно прямого. При этом не нужно определять, от каких объектов на трассе отразились принятые сигналы. Возможность таких измерений появилась относительно недавно. Она связана с использованием быстродействующих цифровых измерителей.
Разработана структурная схема устройства, реализующего предложенный однопозиционный метод (подана заявка на изобретение), разработан алгоритм и комплекс программ для ЭВМ, позволяющих вычислить координаты ИРИ по его прямым и отраженным от местности сигналам, принятым на разнесенные в пространстве антенны фазового пеленгатора.
Новым является использование в системе местоопределения современных геоинформационных технологий, в частности электронных карт местности и снимков земной поверхности из космоса, совместно с данными глобальной спутниковой навигационной системы, что избавляет от предварительной наземной разведки районов работы станции РТР.
Практическая значимость диссертации заключается в том, что разработанный в ней метод определения координат источников импульсного радиоизлучения на основе использования сигналов, отраженных от множества точечных и распределенных объектов на местности, может послужить основой для создания однопозиционной станции радиотехнической разведки, обладающей рядом преимуществ по сравнению с существующими.
5 Научные положения, выносимые на защиту
В сигналах сканирующей импульсной радиолокационной станции, принятых слабонаправленной антенной станции РТР на пересеченных наземных трассах, практически всегда имеются переотражения, которые можно отделить от прямого сигнала по времени прихода и измерить пеленг на их источники.
Не только точечные, но и распределенные объекты, контуры которых четко определены на карте местности, могут использоваться для определения координат ИРИ по измеряемым пеленгам и задержкам.
Однопозиционная станция РТР, измеряющая пеленг по каждому принятому сигналу и разность времени прихода между прямым и каждым из множества переотраженных сигналов, позволяет определить дальность до ИРИ по максимуму плотности распределения вероятностей оценок дальности, не определяя, от каких именно объектов из имеющихся на карте местности приняты отраженные сигналы. На карту местности должны быть нанесены все возможные отражатели.
Использование контуров распределенных отражающих объектов обеспечивает более высокую точность оценки дальности предлагаемым однопозицион-ным методом, чем использование их площадей, равномерно заполненных точечными отражателями.
Достоверность. Выводы автора относительно возможности реализации од-нопозиционного метода местоопределения и достижимой точности основаны как на результатах моделирования, так и на реальных радиофизических данных, полученных по излучению типовой РЛС сантиметрового диапазона. Эксперименты проводились в период 1996-2010 гг. в разное время года и суток в различных метеоусловиях. Это делает полученные в диссертации результаты достоверными.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на XXIII всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (г. Йошкар-Ола, 2011), в сборнике «Доклады ТУ СУР» (г. Томск, 2010), на VI международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (г. Томск, 2010), XVI и XV международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2010, 2009), в заявке на изобретение № 2010140174 (Роспатент, 2010).
Внедрение результатов работы. Разработанный метод использования отражений радиоволн от множества элементов рельефа и местных предметов для определения местоположения источников радиоизлучения, позволяющий производить уточнение координат наземных источников с борта космического аппарата, а также метод моноимпульсного определения двумерного пеленга трехлучевым амплитудным пеленгатором использовались при выполнении СЧ ОКР по договору с ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика Решетнева (г. Красноярск).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 работ, из них 1 статья в рецензируемом журнале, 11 - в сборниках докладов всероссийских и региональных конференций, 1 заявка на изобретение.
Личный вклад. Автор диссертации является соавтором заявки на изобретение, послужившей основой диссертации. Автор участвовал в проведении радиофизических экспериментов в области распространения сантиметровых радиоволн на пересеченных наземных трассах и обработке их результатов. Им лично разработан программный комплекс, позволяющий провести моделирование и проверить осуществимость метода в реальных условиях работы на основании данных радиофизических экспериментов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 171 странице, состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и библиографического списка из 72 наименований, иллюстрирована 89 рисунками, 7 таблицами.
