ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2025, № 4 · ИНФОРМАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА

Разностно-угломерный метод и модели координатометрии радиолокационной станции со сканирующей диаграммой направленности

В.В. Севидов1

1 Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного, Санкт-Петербург, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2025.4.6 УДК 621.391 EDN DEAPBS

Аннотация

Лавинообразное увеличение радиоэлектронных средств и систем различного назначения стимулирует развитие радиоэлектронного мониторинга. Важнейшей задачей радиоэлектронного мониторинга является оценка координат источников радиоизлучения позиционными методами координатометрии. Существует класс источников радиоизлучения - радиолокационные станции со сканирующей диаграммой направленности, к которым невозможно применить известные позиционные методы координатометрии, пространственно-распределенные измерители. В статье представлен разработанный разностно-угломерный метод координатометрии радиолокационной станции со сканирующей диаграммой направленности, который основан на регистрации радиоизлучений радиолокационной станцией в моменты времени направления максимума диаграммы направленности на каждый из измерителей в ходе сканирования. Такие моменты времени фиксируют, а их разницы является координатно-информативными параметрами. На основе координатно-информативных параметров рассчитывают параметры положения - разности азимутов. Далее строят линии положения, соответствующие параметрам положения. В качестве искомых координат радиолокационной станции выбирают координаты пересечения линий положения. Предложен способ устранения неоднозначности оценки координат радиолокационной станции, обусловленной пересечением линий положения в нескольких точках. Раскрыты основные этапы разработанного метода и их содержание. Особое внимание уделено построению линий положений на поверхности референц-эллипсоида Земли. При этом использованы методы интерполяции и аппроксимации. Представлен пример построения линий положения для выбранного варианта размещения космических аппаратов. Выведены аналитические выражения в совокупности образующие математическую модель разработанного разностно-угломерного метода координатометрии. Составлена система квадратных уравнений, в которой в качестве переменных выступают координаты радиолокационной станции со сканирующей диаграммой направленности. Представлен итерационный алгоритм решения системы квадратных уравнений методом Ньютона-Рафсона с разложением функций в ряды Тейлора с точностью до первых производных. Для оценки точности разработанного метода в среде программирования MathLab разработана имитационная модель. Представлен пример результата работы имитационной модели в виде изолиний радиусов среднеквадратического отклонения оценки координат радиолокационной станции со сканирующей диаграммой направленности для выбранных условий. Представлены выявленные достоинства и недостатки разработанного разностно-угломерного метода координатометрии радиолокационной станции со сканирующей диаграммой направленности. Обозначено направление дальнейших исследований.

  • радиоэлектронный мониторинг
  • оценка координат
  • источник радиоизлучения
  • координатно-информативный параметр
  • параметр положения
  • линия положения
  • аппроксимация
  • интерполяция
  • метод Ньютона-Рафсона
  • ряд Тейлора
  • космический аппарат
Abstract (in English)

Difference-angle-measuring method and models of coordinate measurement of a radar station with a scanning radiation pattern

The avalanche-like increase in radio-electronic means and systems for various purposes stimulates the development of radio-electronic monitoring. The most important task of radio-electronic monitoring is to estimate the coordinates of radio emission sources using positional methods of coordinate measurement. There is a class of radio emission sources - radar stations with a scanning radiation pattern, to which it is impossible to apply the existing positional methods of coordinate measurement using spatially distributed measuring devices. The article presents the developed difference-angle measurement method of coordinate measurement of a radar station with a scanning radiation pattern. The developed method is based on recording radio emissions by a radar station at the moments of time of the direction of the maximum of the radiation pattern to each of the measuring devices during scanning. Such moments of time are recorded, and their differences are coordinate-informative parameters. Based on the coordinate-informative parameters, the position parameters - azimuth differences - are calculated. Then, the position lines corresponding to the position parameters are constructed. The coordinates of the intersection of the position lines are selected as the desired coordinates of the radar station. A method for eliminating the ambiguity of the radar station coordinates estimate caused by the intersection of position lines at several points is proposed. The main stages of the developed method and their content are disclosed. Particular attention is paid to constructing position lines on the surface of the reference ellipsoid of the Earth. Interpolation and approximation methods are used. An example of constructing position lines for the selected option for placing spacecraft is presented. Analytical expressions are derived that together form a mathematical model of the developed difference-angle measurement method of coordinate measurement. A system of quadratic equations is compiled, in which the coordinates of the radar station with a scanning radiation pattern act as variables. An iterative algorithm for solving a system of quadratic equations by the Newton-Raphson method with expansion of functions in Taylor series accurate to first derivatives is presented. To assess the accuracy of the developed method, a simulation model is developed in the MathLab programming environment. The results of the simulation model are presented in the form of isolines of the radii of the standard deviation of the estimate of the coordinates of the radar station with a scanning radiation pattern for the selected conditions. The identified advantages and disadvantages of the developed difference-angle-measuring method of coordinate measurement of a radar station with a scanning directional diagram are presented. The direction of further research is indicated.

Для цитирования

Севидов В.В. Разностно-угломерный метод и модели координатометрии радиолокационной станции со сканирующей диаграммой направленности // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.4.6

Литература

  1. Луценко С.А. Модель функционирования спутниковой системы радиосвязи с фазоманипулированными широкополосными сигналами в условиях постановки преднамеренных помех //Журнал радиоэлектроники. - 2018. - №. 9. - С. 2-2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.14
  2. Агиевич, С.Н. Обобщенная математическая модель радиосигнала в различных базисах / С.Н. Агиевич, С.А. Луценко, С.С. Тихонов // Журнал радиоэлектроники. - 2024. - № 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.7.5
  3. Fokin G., Bachevsky S., Sevidov V. System level performance evaluation of location aware beamforming in 5g ultra-dense networks //2020 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). - IEEE, 2020. - С. 94-97. https://doi.org/10.1109/EExPolytech50912.2020.9243970
  4. Fokin G., Sevidov V. Model for 5G UDN Positioning System Topology Search Using Dilution of Precision Criterion //2021 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). - IEEE, 2021. - С. 32-36. https://doi.org/10.1109/EExPolytech53083.2021.9614751
  5. Кистанов П.А. и др. Сравнительная эффективность двух разностно-дальномерных методов спутниковой геолокации //Радиотехника. - 2020. - Т. 84. - №. 12. - С. 17-30. https://doi.org/10.18127/j00338486-202012(24)-02
  6. Патент № 2832139 C1 Российская Федерация, МПК G01S 5/02. Способ высокоточного определения местоположения источника радиоизлучения: № 2023133028: заявл. 08.12.2023: опубл. 19.12.2024 / В.А. Балыбин, В.Г. Радзиевский, П.П. Крутских, М.Д. Гулиев; заявитель ВУНЦ ВВС "ВВА". - EDN IRJTBJ.
  7. Лабораторный макет поляризационно-адаптивного радиопеленгатора источников радиоизлучений диапазона очень высоких частот / С.В. Богдановский, А.Н. Симонов, С.Ф. Теслевич, И.В. Демичев // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2022. - Т. 27, № 3. - С. 10-15. - EDN RTVUAS.
  8. Пространственно-поляризационная обработка радиосигналов при пеленговании источников радиоизлучения с беспилотного летательного аппарата / З.Ф. Шайдулин, С.Ф. Теслевич, С.В. Богдановский, А.Н. Симонов // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2022. - Т. 27, № 3. - С. 4-9. - EDN LTWLCF.
  9. Полянский И.С. и др. Алгоритм фильтрации координат наземного источника несанкционированного радиоизлучения в системе спутниковой связи с прямой ретрансляцией //Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2021. - Т. 24. - №. 1. - С. 67-77. https://doi.org/10.18469/1810-3189.2021.24.1.67-77
  10. Оценка чувствительности приема сигналов, используемых в технологии LoRa / С.В. Дворников, А.Р. Бестугин, С.С. Дворников, И.А. Киршина // Радиотехника. - 2024. - Т. 88, № 8. - С. 18-23. https://doi.org/10.18127/j00338486-202408-02
  11. Севидов В.В., Чемаров А.О. Определение координат спутников-ретрансляторов в разностно-дальномерной системе геолокации //Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. - 2015. - №. 3. - С. 41-47.
  12. Ковалев, Ф.Н. Точность местоопределения цели в бистатической радиолокационной системе / Ф. Н. Ковалев // Успехи современной радиоэлектроники. - 2022. - Т. 76, № 4. - С. 4-7.
  13. Optimal Placements for Minimum GDOP With Consideration on the Elevations of Access Nodes / Ya. Ding, D. Shen, Kh. Pham, G. Chen // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2025. - Vol. 74. - P. 1-10. - https://doi.org/10.1109/TIM.2024.3497055. - EDN MNBUVI.
  14. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Модель измерения временной задержки и частотного сдвига радиосигнала, принятого от спутника-ретранслятора при определении местоположения земной станции //T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. - 2016. - Т. 10. - №. 9. - С. 14-18.
  15. Булычев Ю.Г. и др. Энергетический метод квазиоптимальной однопозиционной локации и навигации движущегося источника излучения с учетом априорной информации //Журнал радиоэлектроники. - 2018. - №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.12.15
  16. Малышев С.Р. Методика определения местоположения источников радиоизлучений наземными и воздушными средствами радиомониторинга / С.Р. Малышев, М.В. Куликов // Успехи современной радиоэлектроники. - 2015. - № 7. - С. 50-55. - EDN UGMBOB.
  17. Антипов, Н.С. Показатель эффективности функционирования пассивной пространственно-распределенной разведывательно-информационной подсистемы смешанной группировки противовоздушной обороны / Н.С. Антипов, С.В. Богдановский, А.В. Тимошенко // Вестник воздушно-космической обороны. - 2023. - № 2(38). - С. 6-12. - EDN GSTSBZ.
  18. Ячменев, А.В. Оценка эффективности гибридного метода пассивной локации / А.В. Ячменев // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. - 2022. - № 2. - С. 79-83. - EDN HZOEZD.
  19. Fokin G. Bearing measurement with beam refinement for positioning in 5G networks //Proceedings of the 5th International Conference on Future Networks and Distributed Systems. - 2021. - С. 537-545. https://doi.org/10.1145/3508072.3508183
  20. Фокин Г.А., Лазарев В.О. Оценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерным и угломерным методами. Часть 3. 3D-моделирование //Труды учебных заведений связи. - 2020. - Т. 6. - №. 2. - С. 87-102. https://doi.org/10.31854/1813-324X-2020-6-2-87-102