CC BY
47
УДК 621.396.9
ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ РАДИОМОНИТОРИНГА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ
ОБСТАНОВКИ
И. А. Семченко
Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» Российская Федерация, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а E-mail: [email protected]
Предложены варианты развития способов контроля радиоэлектронной обстановки на основе методов пространственно-временной обработки сигналов в части разработки методик оценивания параметров сигналов.
Ключевые слова: радиомониторинг, ковариационная матрица сигнала, пространственно-временная обработка сигналов.
SOFTWARE MODULES RADIOMONITORING ELECTRONIC ENVIRONMENT
I. A. Semchenko
Military Educational-Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin» 54a, Starih Bolshevikov str., Voronezh, 394064, Russian Federation E-mail: [email protected]
The variants of the development of methods of control electronic environment, based on methods of space-time signal processing in the development of the evaluation methods of signal parameters.
Keywords: radiomonitoring, signal covariance matrix, the space-time signal processing.
Тенденция постоянного усложнения радиоэлектронной обстановки (РЭО) обостряет задачу ее вскрытия и отслеживания изменений в реальном масштабе времени. Один из способов решения задачи основан на разработке алгоритмов контроля изменений РЭО в участке частотного диапазона.
Пространственно-временная обработка сигналов (ПВОС) представляет собой совокупность действий над сигналами с целью придания им свойств, функционально зависящих от пространственных параметров ИРИ [1]. Методы ПВОС реализуются адаптивными антенными системами (ААС).
Фазовый сдвиг между ЭДС, наводимыми электромагнитным полем j -го источника радиоизлучения в соседних антенных элементах (АЭ) для плоского фронта волны, определяется формулой [1].
2nd sin(9-^„) - -
% =---- i = 1,N, i = 1,N, i Ф j , (1)
К
где d - расстояние между АЭ; i, j - номера АЭ; К - длина волны сигнала; 0 - азимут ИРИ; S - угол между нормалью к плоскости (оси) АР и направлением, принятым за начало отсчета; N - число АЭ, составляющих антенную систему (АС) (число каналов обработки).
Для обработки информации, заложенной в сдвиге фаз, формируется ковариационная матрица (КМ) сигналов (КМС) на выходе АС [1]:
, , +
Фхх = ^ , (2)
ш
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
■ ь . ■ n
где 8 = ^ 8/ + иш ; Ь - число откликов сигналов в АС; 8/ = ^ 8„ - вектор одного сигнала; иш - век-
/=1 п=1
тор шума; - отклик сигнала в одном АЭ; + - знак Эрмитова сопряжения. Матрица Фи представляет сумму КМ отдельных сигналов и шума [1]:
ФГСС =1 Ф// + Фп
/=1
(3)
Для трехэлементной АС КМС имеет вид
Ф
// =
4/ +1 4/ ехР(УФ/12) 41 ехР(УФ/13) 41 ехР( УФ/21) 41 +1 41 ехР( ПФ/23) 4/ ехР(Пф/31) 41 ехР(Пф/32 ) 4/ +1
(4)
где 41 = Р1 / Рш - отношение сигнал/шум (ОСШ).
Элементы матрицы являются функциями взаимной корреляции (а в диагональных- автокорреляции) сигналов в соответствующих АЭ, нормированными к мощности шума. Они содержат информацию о направлении прихода волны, частоте сигнала, ширине его спектра и энергетических характеристиках. КМ шумов при их некоррелированности в АЭ представляет собой единичную матрицу.
Очевидно, что КМС является функцией времени, поскольку сигналы РЭС имеют конечную длительность. Сравнение КМС, сформированных через некоторый интервал т позволяет получить разностную КМС. Ее элементы содержат информацию о параметрах сигнала ИРИ, изменившего РЭО за этот интервал. Разностную матрицу можно вычислить по формуле [2]:
А Ф ГС = Ф ГС ()-Ф гс (-т) ,
(5)
где т - длительность интервала задержки.
Значение т должно удовлетворять двум противоположным требованиям: за интервал количество сигналов на входе АС не должно измениться более чем на один, но достаточным для переходных процессов [2].
В результате выполнения операции (5) возможны три исхода:
1. Число сигналов не изменилось: Ь (() = Ь ((-т) .Тогда
А Ф с
= 0.
2. Число сигналов уменьшилось на один: Ь(^) -Ь (^ -т) = -1, то Фсг < 0 '
3. Число сигналов увеличилось на один: Ь (t) - Ь (t - т) = 1,тогда Фсг > 0 .
При выполнении требований к значению интервала т разностная матрица представляет собой КМ появившегося или исчезнувшего сигнала. Информация о частоте сигнала, его ширине спектра и направлении прихода заложены в фазовом сдвиге ЭДС сигнала в пространственно разнесенных АЭ, определяемом по формуле
Фп =1п
(а, ^
V агг /
(6)
где а у - элемент 7-й строкиу-го столбца разностной матрицы.
После вычисления фазового сдвига составляется систему уравнений, которая для трехэлементной АС имеет вид
2пё 8т(9 -
ф12 = А ;
Ф23 =-а——; (7)
2пё 8т(9 - 013) Ф13 =- •
7 А
В системе (7), неизвестными являются угол прихода сигнала 0, и длина волны А . Она решается методами Крамера-Рао [3], имитации входных воздействий, анализа собственных структур [4].
Программа для определения параметров сигнала реализована на языке программирования С++ с использованием библиотеки Qt. Qt - кроссплатформенный инструментарий разработки ПО на языке программирования С++. Так как в библиотеки Qt имеется модуль QThread который представляет собой отдельный поток управления в программе, есть возможность увеличить быстродействие системы, применив расспаралеливание вычислительных процессов.
Полученные в результате решения уравнений значения записываются в базу данных признаков ИРИ прекративших или начавших работу. Причем, параметры появившихся сигналов сравниваются с соответствующими признаками сигналов РЭС, прекративших работу за некоторый интервал времени, определяемый временем изменения радиоданных.
Главное окно программного модуля предназначено для вывода наиболее важной информации о сигнале.
Представленный программный модуль обеспечивают контроль участка частотного диапазона и классификацию обнаруженных ИРИ в масштабе времени, близком к реальному.
Библиографические ссылки
1. Монзинго Р. А., Миллер Т. У. Адаптивные антенные решетки: введение в теорию. М. : Радио и связь, 1986. 488 с.
2. Павлов В. А. Поиск сигналов источников радиоизлучений по разведывательным признакам на основе методов пространственной обработки // Вестник военного института радиоэлектроники. 2004. Вып. 2. С. 54-57.
3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М. : Наука, 1987. 320 с.
4. Никитченко В. В., Рожков А. Г. Анализ собственных структур в адаптивных антенных системах: пособие по курсовому и дипломному проектированию. СПб. : ВАС, 1992. 212 с.
© Семченко И. А., 2016
