Способ определения расстояния до источника радиосигнала, модулированного речевыми сигналами

(51) 01 5/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Достигаемым техническим результатом изобретения является возможность повышения точности определения дальности до источника радиосигнала,модулированного речевыми сигналами обусловленное тем, что определение дальности до источника радиосигнала,модулированного речью, производят не по произвольным частотам модулирующего сигнала, а только по вокальным сигналам основного тона и его гармоникам. Предложен способ измерения удалнности источника радиоизлучения, включающий прим модулированных речевыми сигналами радиосигналов, оценку частоты основного тона для верхней и нижней боковых полос, измерение разности фаз сигналов этих частот и вычисление удалнности до источника радиоизлучения.(72) Адамов Талгат Несипбаевич Васильев Иван Вениаминович Козин Игорь Дмитриевич Проценко Владимир Александрович Федулина Инна Николаевна(73) Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ИСТОЧНИКА РАДИОСИГНАЛА,МОДУЛИРОВАННОГО РЕЧЕВЫМИ СИГНАЛАМИ(57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для обнаружения и определения местоположения наземных источников радиоизлучения,модулированных речевыми сигналами. Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для обнаружения и определения местоположения наземных источников радиоизлучения,модулированных речевыми сигналами. Из уровня техники известен способ радиомониторинга, реализованный в контрольноизмерительном комплексе радиомониторинга НЧ,СЧ и ВЧ диапазона РОСОМАХА (Патентна полезную модель, 59840, кл. 015/00, 015/04 2006). Способ осуществляется комплексом радиомониторинга,состоящим из трех пространственно разнесенных стационарных постов радиоконтроля, объединенных в единую сеть при помощи канала связи, и управляемых из центрального диспетчерского пункта. Каждый пост функционирует следующим образом. Антенные рамки осуществляют прием электромагнитных волн источника излучения в диапазоне частот от 0,03 до 30 МГц в широком азимутальном секторе. Наводимые в антенной рамке высокочастотные токи перераспределяются на ее зажимах за счет соответствующей комплексной нагрузки, формируя,при этом, две самостоятельные кардиоидные диаграммы направленности (ДН) вертикальной левой и вертикальной правой поляризации. Каждая антенная рамка имеет, соответственно, свою комплексную нагрузку. Сигналы комплексных нагрузок от пары антенных рамок поступают на суммирующий трансформатор, где происходит их сложение с равными амплитудами и противоположными фазами. За счет того, что антенные рамки расположены противоположно друг другу,они представляют собой плечи симметричного вибратора, имеющего кардиоидную ДН. Каждая пара антенных рамок расположена перпендикулярно друг к другу и под углом 45 к горизонту для обеспечения идентичных условий приема. Направление приема в угломестной плоскости образованных симметричных вибраторов для обеспечения оптимального приема на трассах средней и большой протяженности составляет 24. Сигналы с выходов антенных рамок одной линейки поступают на входы устройства фазирования, в котором осуществляется продольное фазирование на угол места 20. С выходов всех устройств фазирования сигналы поступают на блок фазирования. В блоке фазирования сигналы делятся на равные части и независимо фазируются как сигналы в поперечной ФАР от трех антенных линеек. Сфазированные сигналы суммируются. С выхода блока фазирования каждой двенадцатиэлементной ФАР 4 сигналы поступают на блок усиления, где увеличиваются до уровня,достаточного для дальнейшего использования. С выходов блока усиления сигнал поступает на делитель мощности,где происходит их равноамплитудное деление на восемь выходов. Сигналы со стойки деления антенного коммутатора для дальнейшей обработки поступают на входы коммутаторов комплектов обнаружения,пеленгования и контроля. В зависимости от контролируемого диапазона частот сигналы с 2 разных входов коммутируются на радиоприемные устройства. Радиоприемные устройства осуществляет селекцию контролируемого диапазона частот и перенос на промежуточные частоты 455 кГц и 10,7 МГц. Параметры выделенного сигнала преобразуются соответствующими аналогоцифровыми преобразователями в цифровой код для восприятия и обработки ЭВМ. ЭВМ осуществляет обработку информации, запоминание результатов. Опорный генератор формирует опорную частоту МГц для радиоприемных устройств и подается через коммутатор. Далее сигнал по каналам связи поступает для дальнейшей обработки на диспетчерский пункт. Таким же образом на диспетчерский пункт поступают сигналы по каналам связи от других постов радиоконтроля. Данный способ позволяет определять координаты источников радиоизлучения в широком диапазоне частот. Недостаток известного способа заключается в том, что он содержит разнеснные посты радиоконтроля, соединнные через каналы связи. Определение расстояния до источника разиоизлучения обеспечивается триангуляционным методам по результата пеленгования разнеснными постами радиоконтроля. Это ограничивает возможности использования способа, в частности, в мобильных системах мониторинга. Кроме этого,способ использует антенны зенитного излучения для прима ионосферной моды волны, а это подразумевает необходимость определения текущего состояния ионизации ионосферы. Известен также способ однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков(Патентна изобретение, 2285934, кл. 01 5/04 2005). Способ включает прием на заданной частоте многолучевого сигнала передатчика решеткой антенн,синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами сигналов в цифровые сигналы и их синхронную регистрацию на заданном временном интервале,после чего из цифровых сигналов выделяют сигналы отдельных лучей прихода сигнала передатчика и восстанавливают двумерные пеленги каждого луча по известным алгоритмам, формируют модель ионосферы, соответствующую частоте и временному интервалу приема сигнала, и модельные сигналы обратного излучения в измеренных направлениях прихода лучей,определяют траектории обратного многоскачкового распространения модельных сигналов и находят координаты точек их прихода на поверхность Земли, которые идентифицируют как координаты предполагаемых точек излучения сигнала передатчика, находят совпадение полученных точек,совпавшие точки объединяют и находят точку,координаты которой идентифицируют как координаты передатчика. Этот способ позволяет создавать комплексы,определяющие расстояние до источника излучения из одного пункта. Но этот способ требует наличия информации о текущем состоянии ионосферы,разделения сигналов наземной и ионосферной мод волны. При невозможности прима ионосферной моды определение дальности до источника излучения не возможно. Известен также способ, описанный в статье Многочастотные фазовые измерения в задаче определения удаления передатчика(Международная научно-практическая конференция Наука и инновации на железнодорожном транспорте, г. Алматы, ноябрь 2007 г.). В данном способе определение многочастотного излучения сигналов проводят следующим образом. В пункте передачи излучаются, а в пункте приема производятся измерения фаз на двух синхронно излучаемых частотах, при этом излучаемая длина волны 1 превышает длину волны 2 второго немодулированного сигнала на некоторую величину. Наилучшие отношения частот достигаются, когда соотношения длин волн обоих сигналов не равно целому числу, то есть не должно быть кратным длине первой волны. Это число должно быть более 0,5 и должно быть нечетным. Так как близкие частоты могут создать ситуацию электромагнитной несовместимости, то частоты ближайших сигналов должны отличаться не менее,чем на ширину полосы пропускания приемных радиосредств. Исходя из этих условий выбрано соотношение 20,71. Это означает, что через 7 периодов волна 1 вновь совпадет по фазе с волной 2, которая за тот же период совершит 10 колебаний. Это также значит, что точно измеряемое расстояние до передатчика возрастает с одной длины волны до семи. Вводят величину изменения второй 2 относительно первой 1 длины волны 102/1 Если для измерений используют ещ один(третий) сигнал 3, имеющий длину волны на 0,7 меньше 2 то расстояние безошибочного определения с использованием фазовых измерений уже на трех частотах возрастает до 49. То есть зависимость безошибочного измерения дальности длячастот, отличающихся последовательно в ,раз, определяется выражением-1. За предельное и истинное измеряемое удалениепринимают расстояние, которое меньше или равно расстоянию между двумя точками, в которых две волны разной частоты имеют совпадающие нулевые (или совпадающие) фазы. К недостаткам этого способа относится то, что он требует для своей реализации излучение источником специальных сигналов. Таким образом,этот способ не применим для определения расстояний до большинства реальных источников радиоизлучения. Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ измерения удалнности источника радиоизлучения(Патент РК на изобретение, 28948, кл. 01 5/04 2014). Способ включает прим радиосигналов на двух излучаемых частотах, измерение разности фаз этих сигналов,измерение спектральных составляющих, возникающих при модуляции несущей частоты источника излучения и вычисление удалнности до источника радиоизлучения. Данный способ решает вопрос об однопуктовом методе определения расстояния до источника радиоизлучения по модуляции несущей частоты сигнала, однако этот метод напрямую нельзя использовать для определения расстояний до источников радиосигнала с амплитудной модуляцией речевым сигналом, так как речевой сигнал бывает двух основных типов - вокальный сигнал и шумовой. Принципиальное отличие этих типов состоит в том, что первый образуется из импульсов возбуждения речевого тракта,возникающих следствие колебаний голосовых связок во втором случае сигнал возбуждения - это шум, образующийся в местах сужения речевого тракта при проходе через них воздушного потока. Так как шумовые сигналы не имеют явно выраженных частот, то они будут искажать выделяемые прямым способом частотные составляющие сигнала по фазе, а значит - давать существенную ошибку определения дальности. Технической задачей разработанного способа является повышение точности определения дальности до источника радиосигнала,модулированного речевыми сигналами. Технический результат при осуществлении предлагаемого способа заключается в повышении точности определения расстояния до источника радиосигнала,модулированного речевыми сигналами обусловленное тем, что определение дальности до источника радиосигнала,модулированного речью, производят не по произвольным частотам модулирующего сигнала, а только по вокальным сигналам основного тона и его гармоникам. Указанный технический результат достигается тем, что в способе, включающем прим радиосигналов, - измерение разности фаз этих сигналов и - вычисление удалнности до источника радиоизлучения согласно предлагаемому изобретению выделяют основной тон, в речевом сигнале, модулирующем радиосигнал и производят оценку частоты основного тона для верхней и нижней боковых полос. Предлагаемый способ измерения удалнности источника радиоизлучения осуществляется следующим образом. В пункте прима производят прим модулированных речевыми сигналами радиосигналов,производят оценку частоты основного тона для верхней и нижней боковых полос и осуществляют измерение разности фаз сигналов этих частот. После чего вычисляют расстояние до источника радиоизлучения. Оценку частоты основного тона производят в следующей последовательности- берут выборку оцифрованных квадратур радиосигнала, обеспечивающую разрешение по частоте модуляционных составляющих не хуже, чем 5 Гц- делают преобразование Фурье 3- в диапазоне 50-450 Гц, вверх и вниз относительно несущей частоты ищут максимальные значения спектральных составляющих если максимальные спектральные составляющие нижней и верхней боковых полос находятся на одной частоте относительно несущей и не менее чем на 6 дБ превышает любые другие спектральные составляющие указанных частотных диапазонов, то эти частоты считают частотами основного тона и используют фазы этих сигналов и их гармоник для определения дальности. В противном случае процедуру повторяют до выполнения этого условия. При этом имеется источник радиосигналов,модулированных речевыми сигналами, с несущей частотойи частотой модуляции речевыми сигналами частотой модуляции речевыми сигналами . В спектре сигнала будут 3 составляющие несущаяи две боковых частоты- и . В процессе распространения фаза их меняется по разному с расстоянием, так как волновой множитель 2/ у них разный. Соответственно, изменения разности фаз этих сигналов зависят от удалнностиисточника радиоизлучения от точки приема. На следующем этапе вычисляют скорость изменения фазы от частоты модуляционной составляющей (/). Так, фаза нижней боковой полосы равна н 2/н 2 н/2(-)(1) Таким образом, фаза верхней боковой полосы в/(2) Разность фаз будет равна(3) После чего рассчитывают расстояние до источника радиоизлучения по формуле(4) Из формулы следует, что для определения дальности необходимо знать только частоту модуляции. Максимальную дальность(для исключения неоднозначности) оценивают, приняв разность фаз 2 и частоту модуляции 1 кГц. макс 2 с/(22103)3108(м/с)/2103(Гц)1,5 5 10 м 150 км. Сравнительный анализ показал, что заявленный способ отличается от известных тем, что, он позволяет повысить точность определения расстояния до источника радиосигнала,модулированного речевыми сигналами. Реализация способа определения расстояния до источника радиосигнала,модулированного речевыми сигналами не вызывает затруднений, так как для его осуществления используется достаточно простой алгоритм. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ определения расстояния до источника радиосигнала,модулированного речевыми сигналами, включающий прим радиосигналов,измерение разности фаз и вычисление удалнности до источника радиоизлучения отличающийся тем,что производят оценку частоты основного тона для верхней и нижней боковых полос и осуществляют измерение разности фаз сигналов этих частот, а удалнность вычисляется по формуле/2 где- расстояние до источника радиоизлучения от точки приема- разность фаз частоты основного тона для верхней и нижней боковых полос с - скорость света- частота модуляции речевыми сигналами.