ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В ПАССИВНОЙ МНОГОПОЗИЦИОННОЙ РЛС, СОЗДАННОЙ НА БАЗЕ ГРУППИРОВКИ БЛА

  • И.И. Маркович Научное конструкторское бюро цифровой обработки сигналов Южного федерального университета
  • Е. Е. Завтур Научное конструкторское бюро цифровой обработки сигналов Южного федерального университета
  • А. И. Панычев
Ключевые слова: Пассивная радиолокация, определение координат, источник радиоизлучения, разностно- дальномерный метод, цифровая обработка сигналов, беспилотный летательный аппарат

Аннотация

Обоснована целесообразность создания пассивной многопозиционной РЛС на базе груп-
пировки беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Предложен вариант построения РЛС,
оценены основные технические проблемы разработки такой РЛС и рассмотрены возможные
пути их преодоления. Показано, что для обнаружения воздушных целей и определения их ко-
ординат по радиоизлучению бортового оборудования наиболее перспективным является раз-
ностно-дальномерный метод, как не зависящий от модуляции сигналов и потенциально ус-
тойчивый к помехам. Для малоразмерных БЛА для передачи информации по открытым ра-
диоканалам типичными частотными диапазонами являются 2,4 и 5,0 ГГц. Разработана
структурная схема пассивной многопозиционной РЛС, включающая цифровые формировате-
ли квадратурных составляющих принятого сигнала, блоки обнаружения и определения коор-
динат цели. Рассчитаны основные параметры и приведены аналитические выражения алго-
ритмов цифровой обработки сигналов для обнаружения и определения координат цели.
В цифровом формирователе квадратурных составляющих использован стробоскопический
эффект, позволяющий для полосовых сигналов выбирать частоту дискретизации не по верх-
ней граничной частоте спектра, а по его ширине, что позволяет существенно снизить тре-
бования к быстродействию АЦП и следующих за ним устройств ЦОС. Комплексные оги-
бающие обнаруженных сигналов формируются цифровым методом во временной области с
использованием цифровых фильтров нижней частоты. Обнаружение сигналов производится
энергетическим обнаружителем, достоинствами которого являются простота реализации
и работоспособность при отсутствии априорной информации о принимаемом сигнале. Для
определения координат источника радиоизлучения вычисляются задержки сигналов между
парами сигналов, принятых тремя БЛА из состава многопозиционной РЛС, которые опреде-
ляются максимальными по модулю значениями взаимных корреляционных функций сигналов в
этих парах. Показано, что предложенные алгоритмы хорошо адаптированы к обработке
возможных источников радиоизлучения на борту малоразмерных БЛА. Установлено, что
требуемая производительность вычислителя РЛС для работы в реальном масштабе времени
не превышает 84,62 GFLOPS. Предложена конструкция бортового антенного модуля пас-
сивной многопозиционной РЛС в виде микрополосковой реконфигурируемой антенны, пере-
страиваемой по частоте и поляризации.

Литература

1. Chernyak V.S. Mnogopozitsionnaya radiolokatsiya [Multi-position radar]. Moscow: Radio i
svyaz', 1993, 416 p.
2. Karavaev V.V., Sazonov V.V. Statisticheskaya teoriya passivnoy lokatsii [Statistical theory of
passive location]. Moscow: Radio i svyaz', 1987, 240 p.
3. Il'in E.M., Klimov A.E., Pashchin N.S., Polubekhin A.I., Cherevko A.G., Shumskiy V.N.
Passivnye lokatsionnye sistemy. Perspektivy i resheniya [Passive location systems. Prospects
and solutions], Vestnik SibGUTI [Bulletin of SibGUTI], 2015, No. 2, pp. 7-20.
4. Markovich I.I., Zavtur E.E. Algoritm opredeleniya koordinat tseley raznostno-dal'nomernym
metodom s uchetom netochnostey ustanovki priemnykh gidroakusticheskikh antenn [Algorithm for
determining the coordinates of targets by the difference-range-measuring method, taking into account
the inaccuracies of the installation of receiving hydroacoustic antennas], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2017, No. 8, pp. 162-171.
5. Mar'ev A.A., Markovich I.I., Zavtur E.E. Issledovanie pogreshnostey raznostno-dal'nomernogo
metoda passivnoy lokatsii [Research of errors of the difference-range-measuring method of
passive location], Izluchenie i rasseyanie elektromagnitnykh voln: Tr. Mezhdunarodnoy
nauchnoy konferentsii «Izluchenie i rasseyanie elektromagnitnykh voln» IREMV-2015 [Radiation
and scattering of electromagnetic waves: Proceedings of the International Scientific Conference
"Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves" IREMV-2015]. Rostov-on-Don:
Izd-vo YuFU, 2015, pp. 391-395.
6. Syten'kiy V.D. Passivnaya lokatsiya na osnove amplitudnykh izmereniy [Passive location based
on amplitude measurements], Izvestiya vuzov Rossii. Radioelektronika [Izvestiya of Russian
universities. Radio electronics], 2011, Issue 1, pp. 69-76.
7. Syten'kiy V.D., Bakaev A.V. Opredelenie koordinat ob"ekta po izvestnym parametram
istochnikov izlucheniya [Determination of object coordinates by known parameters of radiation
sources], Vestnik vozdushno-kosmicheskoy oborony [Bulletin of Aerospace Defense],
2018, No. 3 (19), pp. 94-101.
8. Syten'kiy V.D., Markovich I.I., Zavtur E.E. Opredelenie koordinat istochnikov izlucheniya v
passivnykh RLS amplitudnym metodom [Determination of the coordinates of radiation sources
in passive radars by the amplitude method], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya
SFedU. Engineering Sciences], 2021, No. 1 (218), pp. 72-81.
9. Il'in E.M., Savost'yanov V.Yu., Samarin O.F., Cherevko A.G. Sostoyanie i perspektivy
sozdaniya mnogodiapazonnykh malogabaritnykh radiolokatsionnykh sistem [The state and
prospects of creating multi-band small-sized radar systems], Vestnik SibGUTI [Bulletin of
SibGUTI]], 2015, No. 2, pp. 156-163.
10. Il'in E.M., Krivov Yu.N., Polubekhin A.I., Krenev A.N., Cherevko A.G. Mnogofunktsional'nyy
bortovoy RLK s konformnoy antennoy sistemoy dlya bespilotnykh letatel'nykh apparatov
maloy dal'nosti [Multifunctional airborne radar with conformal antenna system for short-range
unmanned aerial vehicles], Vestnik SibGUTI [Bulletin of SibGUTI], 2018, No. 3, pp. 79-88.
11. Chandra R.S., Breheny S.H., D’Andrea R. Antenna array synthesis with clusters of unmanned
aerial vehicles, Automatica, 2008, No. 44, pp. 1976-1984.
12. Kanashchenkov A.A. Tekhniko-ekonomicheskiy analiz razrabotki mnogofunktsional'noy
radiolokatsionnoy stantsii dlya bespilotnogo letatel'nogo apparata [Technical and economic
analysis of the development of a multifunctional radar station for an unmanned aerial vehicle],
Uspekhi sovremennoy nauki i obrazovaniya [Successes of modern science and education],
2016, Vol. 2, No. 8, pp. 132-135.
13. Tierney B.B., Rodenbeck C.T. 3D-Sensing MIMO Radar for UAV Formation Flight and Obstacle
Avoidance, 2019 IEEE Radio and Wireless Symposium (RWS), IEEE, 2019, pp. 1-3.
14. Gus'kov Yuriy, Savost'yanov Vladimir, Samarin Oleg. Mnogofunktsional'nye malogabaritnye
bortovye RLS. Kriticheskie tekhnologii sozdaniya [Multifunctional small-sized airborne radars.
Critical creation technologies], Radioelektronnye tekhnologii [Radioelectronic technologies],
2018, No. 1, pp. 40-46.
15. Savost'yanov V.Yu., Karpov O.A., Efimov A.V. Mnogofunktsional'naya malogabaritnaya RLS
Kudiapazona dlya legkogo BLA [Multifunctional small-sized Ku-band radar for light UAV],
Vserossiyskie otkrytye Armandovskie chteniya [All-Russian Open Armand readings], 2019,
pp. 389-394.
16. Kim J. et al. Design and Implemetation of Compact 77 GHz Synthetic Aperture Radar for
Drone Based Applications, 2019 6th Asia-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar
(APSAR). IEEE, 2019, pp. 1-5.
17. Markovich I.I. Realizatsiya algoritmov tsifrovogo formirovaniya kvadraturnykh
sostavlyayushchikh v lokatsionnykh kompleksakh razlichnogo naznacheniya [Implementation
of algorithms for digital formation of quadrature components in location complexes for various
purposes], Vestnik komp'yuternykh tekhnologiy [Bulletin of Computer Technologies], 2006,
No. 6, pp. 16-21.
18. Markovich I.I. Tsifrovaya obrabotka signalov v sistemakh i ustroystvakh: monografiya [Digital
signal processing in systems and devices: monograph]. Rostov-on-Donu: Izd-vo YuFU, 2012,
236 p.
19. Vaganova A.A., Kisel' N.N., Panychev A.I. Napravlennye i polyarizatsionnye svoystva
mikropoloskovoy rekonfiguriruemoy antenny, perestraivaemoy po chastote i polyarizatsii [Directional
and polarization properties of a microstrip reconfigurable antenna, tunable in frequency
and polarization], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2021, No. 2 (219), pp. 74-83.
20. Vaganova A.A., Kisel N.N., Panychev A.I. Microstrip reconfigurable antenna with tunable frequency
and polarization, Conference Proceedings – 2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic
Waves, RSEMW 2021, 2021, pp. 127-130.
Опубликован
2022-04-20
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ