ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №4

УДК: 621.396.677

Алгоритм совпадающих

нулей диаграмм направленности для построения

углового спектра со сверхразрешением

Л.В. Винник, А.В. Литвинов, С.Е. Мищенко, Н.С. Скворцова, В.В. Шацкий

Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи,

344038, г. Ростов-на-Дону, ул. Нансена, д. 130

Статья поступила в редакцию 22 января 2025 г.

Аннотация. Предложен эффективный алгоритм пеленгации источников, который сочетает в себе простоту вычислений и высокую угловую разрешающую способность. Для построения пространственного спектра используется сумма нескольких амплитудных диаграмм направленности, которые формируются на основе решений Винера-Хопфа. Эти решения получаются путем обращения одной и той же ковариационной матрицы сигналов. Диаграммы направленности отличаются положением максимумов, которые вынесены за пределы области пеленгации и смещены относительно друг друга. Это позволяет избежать возникновения общих совпадающих нулей в сумме амплитудных диаграмм при отсутствии источников сигналов в области пеленгации. Однако, при наличии источников в соответствующих направлениях пространства, нули формируются во всех диаграммах направленности. Совмещение этих нулей позволяет построить угловые спектры. В основе алгоритма лежит критерий минимизации среднеквадратического отклонения между эталонным сигналом и выходным сигналом антенной решетки. В качестве эталона для каждой формируемой диаграммы направленности используется сигнал фиктивного источника с заданным положением в пространстве. Предлагаемый алгоритм отличается от известных алгоритмов пеленгации, таких как Кейпона и MUSIC, тем, что не требует предварительного формирования векторов-гипотез и их последовательного перебора. Это позволяет значительно повысить вычислительную эффективность. Высокая угловая разрешающая способность алгоритма обеспечивается благодаря значительной крутизне диаграммы направленности в области, близкой к нулю, а также отсутствием главных лепестков в зоне пеленгации. В ходе численных исследований проведено сравнение предложенного алгоритма с алгоритмами Кейпона, MUSIC и максимальной энтропии. Было выявлено, что алгоритм Кейпона демонстрирует значительное снижение угловой разрешающей способности по сравнению с другими алгоритмами в условиях рассматриваемой помеховой обстановки. Предлагаемый алгоритм, хотя и уступает по вычислительной эффективности алгоритму максимальной энтропии, превосходит данный алгоритм по способности разрешать два близко расположенных источника. Угловая разрешающая способность алгоритма соответствует алгоритму MUSIC. При этом предлагаемый алгоритм отличается простотой реализации, поскольку не требует определения собственных значений и собственных векторов. Было показано, что наилучшая предельная разрешающая способность алгоритма обеспечивается в том случае, когда лучи формируемых диаграмм направленности не попадают в область пеленгации.

Ключевые слова: пеленгация источников, угловой спектр, угловое сверхразрешение, антенные решетки, диаграмма направленности.

Автор для переписки: Мищенко Сергей Евгеньевич, mihome@yandex.ru

Литература

1. Родс Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию / Пер. с англ. под ред. Л.Д. Бахраха. М. Сов.радио. 1960. 160 с.

2. Ильчук А.Р., Каргашин Ю.Д., Меркулов В.И., Чернов В.С. Угловое сверхразрешение в бортовых радиолокационных системах воздушного базирования. Журнал радиоэлектроники. 2021. №12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.12.3

3. Лаговский Б.А. Угловое сверхразрешение в двумерных задачах радиолокации. Радиотехника и электроника. 2021. T. 66. № 9. C. 853-858. https://doi.org/10.31857/S0033849421090102

4. Способ углового сверхразрешения в приемных цифровых антенных решетках // Патент РФ на изобретение № 2713503 от 19.08.2019. Бюл № 4 от 05.02.2020. Винник Л.В., Задорожный В.В., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Шацкий В.В.

5. Способ углового сверхразрешения в приемной цифровой антенной решетке // Патент РФ на изобретение № 2746063 от 21.07.2020. Бюл. № 10 от 06.04.2021. Винник Л.В., Ларин А.Ю., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Шацкий В.В.

6. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М. Радио и связь. 2003. 200 с.

7. Capon J. High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis // Proceedings of the IEEE. 1969. Vol. 57, No. 8. P. 1408–1416.

8. Haupt R. L. Antenna Arrays. Hoboken, New Jersey. WILEY. 2010. 534 p.

9. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. М. Радио и связь. 1986. 448 с.

10. Пистолькорс А.А., Литвинов О.С. Введение в теорию адаптивных антенн. М. Наука. 1991. 200 с.

11. Способ пеленгации источников радиоизлучения // Патент РФ на изобретение № 2788079 от 10.02.2022. Бюл. № 2 от 16.01.2023. Винник Л.В., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Шацкий В.В.

12. Винник Л.В., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Шацкий В.В. Способ пеленгации по совпадению нулей множества диаграмм направленности адаптивной пространственной фильтрацией. Сборник трудов XXX Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, радисовязь». Воронеж. 16–18 апреля 2024. Воронеж. Издательский дом ВГУ. 2024. Т. 4. с. 288-297.

Для цитирования:

Винник Л.В., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Скворцова Н.С., Шацкий В.В. Алгоритм совпадающих нулей диаграмм направленности для построения углового спектра со сверхразрешением // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.4.12