Антипов Н.С., Богдановский С.В., Садомов А.А.

Череповецкое высшее военное инженерное училище радиоэлектроники

Российская Федерация, 162600 Вологодская обл., г. Череповец, Советский пр., 126

Аннотация. В статье представлен алгоритм пеленгования источника радиоизлучения с использованием сигналов мировой сети ионосферных зондов. Принцип алгоритма пеленгования заключается в уменьшении ошибки пеленгования, с учетом параметров ионосферы, с использованием станций ионосферного зондирования.

Ключевые слова: станции ионосферного зондирования, ошибка пеленгования, алгоритм.

 

Е

динственной системой определения местоположения (ОМП) источника радиоизлучений (ИРИ), способной определить координаты ИРИ из одного позиционного района путем измерения азимута и угла места одним радиопеленгатором (РП), является угломерно-дальномерная система (УДС) [2, 6].

Совершенствование средств радиосвязи ВЧ диапазона, насыщение войск средствами радиосвязи, приводят в совокупности к возрастанию сложности радиоэлектронной обстановки. В настоящее время при ведении радиомониторинга особое внимание уделяется подсистеме определения местоположения источника радиоизлучения [7].

На практике любое техническое средство радиопеленгования будет испытывать на себе воздействие всей совокупности факторов, снижающих их эффективное функционирование. Причем, как правило, точно оценить влияние каждого из факторов невозможно, а сама степень воздействия факторов не остается постоянной, изменяясь с течением времени или при изменении параметров радиоизлучения.

Анализ особенностей распространения радиоволн (РРВ) диапазона ВЧ, показал, что значительный вклад в ошибки определения азимута и угла места на ИРИ вносят ошибки среды РРВ вызванные определения углов наклона ионосферы (δ, ξ) и высоты отражающего слоя (рис. 1).

Ионосфера представляет собой смесь заряженных частиц, в ней выделяют четыре регулярных слоя, отличающихся значением электронной концентрации, причем от слоя к слою концентрация электронов меняется очень резко. Кроме того, нерегулярно могут появляться так называемые спорадические слои. Которые в свою очередь вносят изменения в состояние ионосферы, тем самым влияя на измерения параметров ионосферы [1, 3].

Ошибки определения углов θ и β, возникающие из-за наклона плоскости отражающего слоя описываются в этих условиях следующими выражениями:

                                           (1)

                                               (2)

где , и – угол поперечного и продольного наклона плоскости слоя соответственно [2].

Рисунок 1. Изменения траектории распространения радиоволн
в ионосфере из-за наклона отражающего слоя

Анализ выражений (1) и (2), а также результаты реальных измерений, показывают, что влияние углов наклона  и ξ_c на характер траекторий различно [2]. Наклон слоя в плоскости дуги большого круга (угол ξ_c) определяет главным образом ошибки по углу места, то есть измеренный угол места β_изм уже не будет равен углу места от ИРИ β_ири, как в случае параллельного земной поверхности отражающего слоя. Если рост электронной плотности совпадает с направлением прихода волны, измеряемый угол β_измбудет больше, чем β_ири.

Такие отклонения для практики более важны, так как непосредственно приводят к ошибкам определения углов прихода электромагнитной волны от ИРИ (рис. 2).

Величина бокового отклонения траектории, а, следовательно, и ошибка пеленгования Δθ определяется степенью горизонтальной неоднородности ионосферы, значением рабочей частоты, протяженностью скачка r.

Рисунок 2. Зависимость ошибки определения углов прихода электромагнитной волны от параметров ионосферы (углов наклона в вертикальной и горизонтальной плоскостях)

 

Таким образом, актуальной задачей является поиск путей уменьшения ошибок среды РРВ за счет повышения точности измерения параметров ионосферы, в угломерно-дальномерной системе определения местоположения ИРИ.

Анализ алгоритма функционирования угломерно-дальномерной системы, а также опыт применения угломерно-дальномерных комплексов показывает, что эксплуатационная ошибка определения местоположения ИРИ, как правило, составляет 15-20% от дальности до ИРИ [6].

Указанная ошибка обусловлена, прежде всего, низкой точностью определения высоты отражающих слоев ионосферы.

В реальных условиях функционирования радиопеленгаторов, ошибки составляют: по азимуту σ_θ = 1…2°, по углу места σ_β = 2…4°.

На сегодняшний день известно множество способов радиопеленгования ИРИ, в которых для измерения параметров ионосферы, применяется прогноз состояния ионосферы или используется модель ионосферы. В таких способах, расчеты угловых координат ИРИ производится по прогнозируемым параметрам ионосферы или по приращению высотно-частотной характеристики (ВЧХ) модели ионосферы за счет измерения реальных ВЧХ в одной точке, путем вертикального зондирования ионосферы. Это значит, что рассчитанные параметры ионосферы в точке отражения будут отличаться от истинных, что приведет к ошибке определения пеленга.

В настоящее время из большого многообразия используемых для диагностики ионосферы сигналов наиболее перспективным считаются сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Применение таких сигналов позволяет существенно повысить помехозащищенность и разрешающую способность систем диагностики ионосферного радиоканала. В этих условиях возможность приема сигнала ЛЧМ станций ионосферного зондирования открывает широкие возможности по получению данных о состоянии ионосферы вне зависимости от прогнозов и в отсутствии в составе радиопеленгатора станций ионосферного зондирования [4, 5].

Исходя из этого, существует возможность использовать мировую сеть ионосферных зондов в качестве «реперных» станций, как сигналы для аппроксимации моделей ионосферы, а также для расчета параметров ионосферы в точке отражения. Для решения задачи уменьшения ошибок измерения угловых координат ИРИ предлагается усовершенствованный алгоритм пеленгования ИРИ с использованием сигналов мировой сети ЛЧМ, станций ионосферного зондирования, за счет возможности их синхронизации. Предлагается усовершенствовать алгоритм определения азимута и угла места радиоволны, приходящей от ИРИ (рис. 3).

Рисунок 3. Усовершенствованный алгоритм пеленгования источников радиоизлучения с

использованием сигналов мировой сети ионосферных зондов

 

Этап № 1. Исходными данными будут являться координаты размещения ЛЧМ станций зондирования ионосферы, график и режимы их работы. При отсутствии информации о каких-либо станциях, необходимо накапливать информацию о них статистическим путем.

Этап № 2. На этапе производится синхронизация с работающими ЛЧМ станциями зондирования ионосферы, для получения данных о параметрах ионосферы в режиме близком к реальному времени. Происходит согласование частотно-временных параметров сигнала гетеродина радиоприемного устройства с параметрами излучаемого зондирующего сигнала, а так же синхронизация гетеродинного и принимаемого ЛЧМ сигналов для того, чтобы анализируемый разностный сигнал попал в полосу пропускания приемника.

Этап № 3 – 5. Производится обработка полученных ионограмм, их преобразование, получение ВЧХ ионосферы, происходит определение направления на источник радиоизлучения, измерения на ИРИ и реперные станции азимута и угла места. Полученные данные вносятся в базу данных.

Этап № 6. Осуществляется расчет координат точки отражения радиоволны от ионосферы с помощью известных алгоритмов, реализованных в специальном программном обеспечении РПП.

Этап № 7. Производится расчет высоты отражающего слоя в точке отражения радиоволны источника от ионосферы.

Этап № 8. Производится расчет углов наклона ионосферы в точке отражения радиоволны от ИРИ.

Этап № 9. Производится расчет поправки угла места и азимута радиоволны, приходящей от источника, на основании измеренных параметров ионосферы, а также полученных данных о дополнительных углах продольного и поперечного наклона ионосферы.

Этап № 10. Определение пеленга на источник радиоизлучения, с учетом измеренных дополнительных параметров ионосферы.

Этап № 11. Вывод данных на монитор ПЭВМ.

Таким образом, использование мировой сети ЛЧМ станций ионосферного зондирования, которая включает в себя значительно большее количество станций, чем используемых широковещательных, позволяет, корректировать работу радиопеленгаторов не на одной частоте, а во всем диапазоне, а также получать данные о состоянии ионосферы в режиме времени близком к реальному для частот всего диапазона.

Применение разработанного алгоритма позволит отказаться от прогнозов состояния ионосферы, а наличие данных о параметрах ионосферы во всем диапазоне частот приведет к уменьшению ошибки измерения углов поперечного и продольного наклона отражающего слоя ионосферы.

Таким образом, предлагаемый усовершенствованный алгоритм позволит снизить ошибки определения пеленга (азимута, угла места) на ИРИ, тем самым увеличив точность определения местоположения ИРИ (рис. 4).

Рисунок 4. Зависимость эксплуатационной ошибки определения азимута от дальности до ИРИ

 

Литература

1. Альперт, Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера / Я.Л. Альперт. – М.: Наука, 1972. – 563 с.

2. Дворников С. В., Волков Р. С., Желнин C. P., Саяпин В. Н., Симонов А. Н. Основы построения и функционирования угломерно-дальномерных систем координатометрии источников радиоизлучений. / Под ред. С. В. Дворникова: Учеб.пособие. – СПб.: ВАС, 2007. – 100 с.

3. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. – М.: Связь, 1972. – 336 с.

4. Иванов В. А. ЛЧМ ионозонд и его применение в ионосферных исследованиях / В. А. Иванов, В. И. Куркин, В. Е. Носов и др // Изв. вузов. Радиофизика. – 2003. – Т.47. – №11. – С. 919–952.

5. Иванов В. А. Особенности распространения коротковолновых ЛЧМ сигналов в ионосфере / В. А. Иванов – Йошкар-Ола: Марийский политехнический институт. Деп. В ВИНИТИ, № 3064-85, 1985. – 41с.

6. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. – М.: Советское радио, 1964. – 640 с.

7. Сидорин А.Н., Прищепов М.В., Акуленко В.П. Вооруженные силы США в XXI веке. – М.: Военная книга, 2013–820 с.

8. Чеботарь И.В., Балдычев М.Т., Гайчук Ю.Н., Шарапов И.О.Алгоритм комплексирования способов местоопределения. В сборнике: РТИ Системы ВКО – 2016 Труды IV Всероссийской научно-технической конференции. 2017. С.780-786.

9. Чеботарь И.В., Печурин В.В., Балдычев М.Т., Гайчук Ю.Н., Шарапов И.О.Подход к определению координат разнотипных источников излучений группойлетательных аппаратов. В сборнике: МИНЦЕВСКИЕ ЧТЕНИЯ труды Третьей Всероссийской научно-технической конференциимолодых конструкторов и инженеров, посвященной 70-летию Радиотехнического института имениакадемика А.Л. Минца и 70-летию ФИЗТЕХА. 2016. С. 276-282.

 

References

1. Alpert, Ya.L. Distribution of electromagnetic waves and ionosphere / Ya.L. Alpert. – M.: Science, 1972. – 563 pages.

2. Dvornikov S. V., Volkov R. S., Zhelnin C. P., Sayapin V. N., Simonov A. N. Bases of construction and functioning of goniometric and ranging systems of a koordinatometriya of sources of radio emissions. / Under the editorship of S.V. Dvornikov: Studies. grant. – SPb.: VAS, 2007. – 100 pages.

3. Dolukhanov M. P. Distribution of radio waves. – M.: Communication, 1972. – 336 pages.

4. Ivanov V. A. LChM ionozond and its application in ionospheric researches/VA. Ivanov, V.I. Kurkin, V.E. Nosov//Izv. higher education institutions. Radiophysics. – 2003. – T.47. – No. 11. – Page 919-952.

5. Ivanov V. A. Features of distribution of short-wave LChM of signals in an ionosphere/VA. Ivanov – Yoshkar-Ola: Mari polytechnical institute. Depp. In VINITI, No. 3064-85, 1985. – 41 pages.

6. Kukes I.S., Old man M. E. Osnovy of radio direction finding. – M.: Soviet radio, 1964. – 640 pages.

7. Sidorin A.N., Prishchepov M.V., Akulenko V. P. Armed forces of the USA in the 21st century. – M.: Military book, 2013. – 820 pages.

8. Chebotar I.V.,Baldichev M.T.,Gaychuk Yu.N., Sharapov I.O. Algorithm of complexion for means to coordinate counting // // RTI magazine "VKO systems-2016" papers of IV Scientific technical conference. 2017. p.780-786.

9. Chebotar I.V., Pechurin V.V., Baldichev M.T.,Gaychuk Yu.N., Sharapov I.O.Approach to counting coordinates multitype radio sources by aerial vehicles group // Mintz reading, papers of III Scientific technical conference of young designers and engineers. 2016. p. 276-282.

ADVANCED DIRECTION FINDING ALGORITHM SOURCES OF RADIO
EMISSION USING SIGNALS WORLD NETWORK OF IONOSPHERIC PROBES

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: