Оценка оптимальной ширины спектра сигнала для точного определения местоположения радиоэлектронного средства в условиях частотно-селективных замираний

Мишин Д.Ю.; Трегубова Т.А.; Петренко В.И.; Рачков В.Е.; Бибарсов М.Р.

АВТОМАТИКА, УПРАВЛЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА

УДК 621.396

ОЦЕНКА ОПТИМАЛЬНОЙ ШИРИНЫ СПЕКТРА СИГНАЛА ДЛЯ ТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО СРЕДСТВА В УСЛОВИЯХ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫХ ЗАМИРАНИЙ

Одним из важнейших направлений совершенствования информационного обеспечения управления в гражданской и военной сферах связано с созданием и использованием многопозиционных радиоэлектронных систем (МРС) сбора и обработки информации с целью оперативного и достоверного извлечения данных о состоянии радиоизлучающих объектов внешней среды и происходящих в них изменениях. К данным системам можно отнести системы пассивной радиолокации и радионавигации, системы радиоэлектронной разведки, системы мониторинга окружающей среды, охранные системы различного назначения [1]. Их главной особенностью является возможность измерения широкого перечня частотно-временных и пространственных параметров источников радиоизлучений (ИРИ) и, прежде всего, высокоточного определения координат на основе объединения информации, добываемой в пространственно разнесенных пунктах системы.

Для высокоточного определения координат радиосредств используются различные методы, наиболее часто используемым из которых является метод разностно-дальномерного измерения координат с применением космических носителей систем место-определения. Для разностно-дальномерного метода оценки координат радиосредства в пространстве характерно измерение такого информационного параметра сигнала, как его задержка относительно каждой из измерительных баз, образующих МРС определения местоположения.

Известно выражение [2-5], описывающее потенциальную точность оценки задержки сигнала а2 в виде

ест Т

2 1

ст? =—АО

2q

эф

(1)

О, = , . т/2 , (2)

2$1П у /2

где с - скорость света; у - угол, под которым из точки РЭС видна измерительная база.

Из выражения (1) и (2) следует, что при неизменных углах у для повышения точности определения времени запаздывания сигнала РЭС следует увеличивать отношение сигнал/шум (с/ш) на выходе согласованного фильтра, а также эффективную ширину спектра принимаемого сигнала АОэф.

Однако в условиях трансионосферного распространения радиоволн при излучении сигнала с частотой, которая находится в нижней части УКВ-диапазона (до 100 МГц) наблюдается сужение полосы когерентности ионосферы, что приводит к появлению дифракционных эффектов ионосферы и возникновению частотно-селективных замираний принимаемого сигнала. Естественно, что данные эффекты приведут к снижению точности определения времени запаздывания сигнала РЭС и к ухудшению точности местоопре-деления РЭС средствами МПС РРТР. Проведенные расчеты по результатам работ [6-8] показывают (рисунок), что при увеличении эффективной ширины спектра принимаемого сигнала при неизменной частоте наблюдается уменьшение ошибки измерения времени запаздывания, что соответствует выражению (1), затем происходит увеличение данной ошибки в силу возникновения ЧСЗ.

Определим оптимальное значение эффективной ширины спектра передаваемого сигнала. Согласно [9]

ст 2 =

2Er Пч

N о (N о + Er пч )

Er АО э д ч

-1

(3)

где q - отношение сигнал/шум (с/ш) на выходе согласованного фильтра; АО эф - эффективная ширина

спектра принимаемого сигнала.

При этом точность определения координат РЭС зависит от погрешности определения линий положения, которую можно представить в виде [2]

где АО э - квадрат эффективной ширины спектра передаваемого сигнала; пч - коэффициент энергетических потерь, обусловленный проявлением рассеивающих свойств ионосферы; д ч - коэффициент сужения эффективной ширины спектра передаваемого сигнала, обусловленный проявлением дисперсионных

искажений и частотно-селективных замираний; Ег -средняя энергия принимаемого сигнала; N 0 - спектральная плотность шума.

ат,с

0,1

0,01

f

Пч =

1+-

4AFc nAFk

2 Л

-1/2

f

^ ч =

1 + -

4AF, nAFk

2 Л

-3/2

(4)

И)'

2Er Пч

-Er AQ 2ц ч

N о (N о + Er Пч)

= (^AF,2 + 4AFo2N о Er AFkyfnx

х( nAF,2 + 10AF02

)+ N о2 п

2 AF4 +

+ 10N 02nAFt2AF02 + N 0224AF04)

Для определения оптимальной ширины спектра передаваемого сигнала в виде колоколообразного радиоимпульса необходимо решить уравне-

ние

И)'

= 0 относительно AF0 . Решать данное

110-

1 -101 10 100 Д^ь кГц

Зависимость среднеквадратического отклонения измерения времени запаздывания сигнала РЭС от от ширины спектра сигнала РЭС Д^ при нормальном состоянии ионосферы и при частоте сигнала 40 МГц (кривая 1), 50 МГц (кривая 2), 65 МГц (кривая 3)

Для случая передачи колоколообразного радиоимпульса величины, входящие в (2), записываются в виде [9]

уравнение следует численными методами, что в итоге позволит определить оптимальную ширину спектра передаваемого сигнала в виде колоколообразного радиоимпульса.

Таким образом, получение оценки оптимальной ширины спектра передаваемых сигналов позволит минимизировать ошибку определения координат РЭС для конкретных условий распространения радиоволн.

где Д^0 - ширина спектра колоколообразного радиоимпульса; ДЕк - полоса когерентности ионосферы, обусловленная ее рассеивающими свойствами.

Подставим (4) в (3) и возьмем производную полученного выражения по переменной ДЕ0 . Имеем:

Гг -1-1 А'

'Er 2 п 3AF07'

Литература

1. Кондратьев В.С., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы. М., 1986.

2. Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. и др. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по специальности «Радиотехника». М., 1990.

3. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М., 1985.

4. Караваев В.В., Сазонов В.В. Статистическая теория пассивной локации. М., 1987.

5. Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. М., 2002.

6. Копытов В.В., Мишин Д.Ю. Определение угла пересечения поверхностей положения в спутниковой многопозиционной системе радиотехнической разведки, использующей разностно-дальномерный метод определения координат излучающего средства // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2003. Т. 6. № 5. С. 93-96.

7. Мишин Д.Ю. Влияние геометрического фактора многопо-

зиционной радиоэлектронной системы разведки из космоса на точность измерения местоположения источника радиоизлучения // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2003. Т. 6. № 1. С. 58-61.

8. Мишин Д.Ю. Оценка точности измерения времени запаздывания сигнала источника радиоизлучения в условиях проявления дисперсионных и рассеивающих свойств ионосферы носителями космических средств радиотехнической разведки // Инфокоммуникационные технологии. 2003. № 4. С. 50-55.

9. Пашинцев В.П. Влияние частотно-селективных замираний на измерение времени запаздывания сигналов систем космической связи // Радиотехника и электроника. 1998. Т. 43. № 4. С. 410-414.

Ставропольский военный институт связи ракетных войск

15 ноября 2006 г