| Пріоритети: | Винахід відноситься до галузі радіотехніки і може бути використане для визначення джерел джерел електромагнітного випромінювання декаметрового діапазону. Технічний результат винаходу: збільшення точності локалізації в умовах, коли поле джерела є частиною інтегрального природного шуму. Сутність винаходу полягає в тому, що для визначення пеленгу та кута місця джерела випромінювання використовується залежність взаємної кореляції характеристичних компонент поля, що виділяються шляхом поляризаційної селекції, так як магнітоіонне розщеплення надає полю унікальні поляризаційні властивості, кореляційний аналіз яких дозволяє збільшити точність локалізації. . 4 іл.
Малюнки до патенту Україна 2408895
Винахід відноситься до галузі радіотехніки і може бути використане для визначення розташування джерел електромагнітного випромінювання (ЕМІ) декаметрового діапазону.
Існуючі методи локалізації джерел електромагнітного випромінювання застосовують, зазвичай, оцінку амплітудних, фазових чи амплітудно-фазових параметрів сигналів, які з антенних решіток. Удосконалення систем зв'язку, що використовують широкосмугові сигнали малої спектральної густини, виявлення нових джерелелектромагнітного випромінювання, таких як штучне радіовипромінювання іоносфери (ІРІ), робить необхідним виявлення та локалізацію джерел за рівнем, порівнянним з природними шумами. Притаманні іоносферному каналу завмирання призводять до необхідності збільшити співвідношення сигнал/шум підвищення точності локалізації джерела ЕМІ, що неможливо забезпечити у випадках, перерахованих вище.
Наявність магнітного поля Землі призводить до того, що при падінні на іоносферу хвилі довільної поляризації на виході з іоносфери отримуємо магнітоіонні компоненти в загальному випадку еліптичної поляризації. Теоретично показано, що характеристичні хвилі (ХВ) мають суттєво різну поляризацію, яка називається граничною та визначається як [1]
де P о,х - гранична поляризація О-звичайної та Х-незвичайної ХВ,
- гіромагнітна частота, e, m - заряд і маса електрона, з - швидкість світла, Н 0 - модуль вектора напруженості магнітного поля Землі в іоносфері, - циклічна робоча частота, - частота зіткнень між електронами та іншими частинками, - кут між вектором магнітного поля Землі та хвильовий вектор.
Спосіб-прототип є «Спосіб локалізації радіопередавачів» [2]. У цьому способі з метою підвищення точності локалізації радіопередавачів одночасно проводиться оцінка кутів приходу звичайної та незвичайної компонент. При цьому поляризаційні характеристики, правостороння і лівостороння, використовуються як параметр, за яким відбувається поділ на звичайну і незвичайну хвилі, але локалізація, як і раніше, заснована на оцінці амплітудно-фазових характеристик сигналів, що надходять з антен.
Технічним результатом винаходу є підвищення точності однопозиційного позиціонуванняджерел електромагнітного випромінювання малої спектральної щільності з урахуванням оцінки взаємної кореляції магнитоионных компонент поля, створюваного цими джерелами поруч із поляризаційною компенсацією природних шумів.
Ця мета досягається тим, що в запропонованому способі для визначення розташування джерела використовується поляризаційна обробка сигналу, що полягає у виділенні спеціальним антеним пристроєм компонент поля з різним напрямком обертання вектора електричного поля і подальшої обробки кореляційної їх в цифровому вигляді в комп'ютері.
Для антен еліптичної поляризації коефіцієнт прийому хвилі можна визначити за формулою [3]:
де P n -коефіцієнт поляризації падаючої хвилі;
Ра - коефіцієнт поляризації приймальної антени;
знак + відноситься до хвилі, що збігається по поляризації з приймальною антеною; - при розбіжності напрямку обертання векторів електричного поля. Таким чином, коефіцієнт кореляції між двома компонентами поля з різним напрямком обертання вектора поляризації залежить від коефіцієнтів поляризації поля Р n та приймальної антени Р а . Вище було показано, що звичайна і незвичайна хвилі мають протилежний напрямок обертання вектора, отже, ступінь вибірковості можна визначити як:
У разі, коли Р x =Р а =1, коефіцієнт кореляції між огинаючими магнітоіонних компонент дорівнює 0. Коефіцієнт кореляції дорівнюватиме 1 (-1) тільки у разі лінійної поляризації характеристичних хвиль і приймальної антени.
В цьому випадку для хвилі довільної поляризації та антени еліптичної поляризації напрям приходу хвилі в горизонтальній площині визначається виходячи з наступного алгоритму:
- знаходимо максимальне значення коефіцієнтакореляції, нехай їм виявився R1. Оскільки R 1 оцінюється за сигналами, одержуваним від антени правосторонньої поляризації північного напрямку і антени лівої поляризації східного напрямку, він може бути максимальним з оцінюваних тільки у разі приходу хвилі з південного сходу. Це випливає з аналізу поведінки коефіцієнта кореляції при падінні, наприклад, хвилі лівої поляризації з різних напрямів;
- на основі порівняння коефіцієнтів кореляцій R 2 і R 4 визначаємо відхилення напрямку приходу хвилі від бісектриси квадранту південний схід. Якщо R 2 =R 4 хвиля прийшла з напрямку, що лежить посередині між півднем і сходом. В іншому випадку відхилення від бісектриси пропорційно різниці коефіцієнтів кореляції і може бути визначено як
- оскільки ми визначили напрям приходу з південного сходу, то бісектриса цього квадранта буде відповідати куту 135° і кут приходу хвилі можна визначити як
знак перед визначається співвідношенням R2 і R4.
Можливі варіанти співвідношень вимірюваних коефіцієнтів кореляцій зведені в таблицю, наведену на фіг.1, і дозволяють визначити напрямок приходу хвилі з будь-якого напрямку горизонтальній площині.
Аналогічним чином визначається кут приходу хвилі у вертикальній площині, але при цьому проводиться оцінка ступеня корелювання сигналів від інших виходів антен, як це показано на фіг.2.
- антенне пристрій, що включає дві взаємоортогональних турнікетних антени з орієнтацією північ-південь і схід-захід - 1;
- реєструючий пристрій, що включає:
- пристрій комутації, що складається з розгалужувачів - 2 та перемикачів - 3,
- радіоприймальні пристрої - 4;
- пристрій контролю такалібрування, що включає двопроменевий осцилограф - 5 і вимірювальні прилади - 7;
Пристрій комутації сигналів за рахунок використання 2 розгалужувачів забезпечує сталість рівня сигналів, що надходять на входи радіоприймальних пристроїв при різних поєднаннях виходів антен. Пристрій контролю та калібрування дозволяє підтримувати однаковий рівень сигналу від радіоприймальних пристроїв, оскільки при вимірюваннях автоматичне регулювання посилення РПУ вимкнено. Рівень сигналу від РПУ встановлено з динамічного діапазону звукової карти комп'ютера. Ці спеціальні заходи вжито для усунення впливу пристроїв комплексу на ступінь корелювання сигналів, що надходять від антен.
Сигнали, що надходять з антен 1, проходять через розгалужувачі 2 і комутуються перемикачами 3 радіоприймальні пристрої 4, низькочастотні виходи яких підключені до комп'ютера 6. Шляхом відповідного вибору положення перемикачів проводиться запис низькочастотних сигналів всіх можливих поєднань поляризацій, наведених. фіг.2, з подальшим їх переведенням у цифровий вигляд. Потім отримана інформація перетворюється на текстовий формат, основі якого проводиться обчислення коефіцієнтів кореляцій. Напрямок приходу в обох площинах визначається раніше описаним алгоритмом.
Локалізація джерела електромагнітного випромінювання визначається по пеленгу в горизонтальній площині та видалення, що визначається по куту підйому у вертикальній площині на основі розрахунку, з використанням іонограм станції вертикального зондування або моделі іоносфери, наприклад IRI (International Reference Ionosphere). В умовах, коли рівень джерела електромагнітного випромінювання можна порівняти з природними шумами, необхідно враховувати їх вплив наточність локалізації. З цією метою в момент відсутності випромінювання проводиться контрольний вимір напряму приходу природних шумів, і на цій основі робиться поправка в обчислений азимут та кут місця.
При локалізації штучного випромінювання іоносфери необхідно враховувати ту обставину, що джерело знаходиться на висоті від 80 до 300 кілометрів і стандартний підхід тут не застосовується. При проведенні модифікації іоносфери підвищення ефективності впливу, зазвичай, як хвилі накачування використовують гармоніки гіромагнітної частоти. Відомо, що гіромагнітна частота є функцією двох аргументів: висоти та геомагнітної широти [5]:
де f1 0,8 мГц;
r про - радіус Землі;
r - відстань від центру Землі до розглянутої точки;
- Геомагнітна широта цієї точки.
Автором показано [6], що виходячи з характеристик ІРІ можна визначити висоту впливу, а поєднання висота – гіромагнітна частота – геомагнітна широта визначає геомагнітну паралель, вздовж якої можлива подібна дія. Перетин пеленгу та геомагнітної паралелі визначає місце розташування джерела штучного випромінювання іоносфери.
Спосіб апробований на напрямі Радянська Гавань – Петропавловськ-Камчатський (використовувався передавач іоносферно-хвильової служби) та на мовних станціях різного місця розташування, а також для локалізації ІРІ [6].
1. К.Девіс. Радіохвилі в іоносфері. – Світ, 1973. – 504 с.
3. Поздняк С.І., Меліцький В.А. Введення у статистичну теорію поляризації радіохвиль. – Радянське радіо, 1974. – 478 с.
4. Сивоконь В.П. Поляризація коротких хвиль у іоносферному каналі зв'язку. // Електрозв'язок. – 2007 – № 7. – С.55-58.
5. Гершман Б.М. та ін Хвильові явища в іоносфері такосмічній плазмі. – Наука, 1984. – 391 с.
6. Сивоконь В.П. Варіації шумів КВ-діапазону як наслідок модифікації іоносфери. // Електрозв'язок. – 2009 – № 1. – С.52-56.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб локалізації джерел електромагнітного випромінювання декаметрового діапазону, що полягає у використанні ефекту магнітоіонного розщеплення в іоносфері, відрізняється тим, що місце розташування випромінювача джерела електромагнітного випромінювання декаметрового діапазону визначається на основі поляризаційної селекції магнітоіонних компонентів поля і оцінці їх ів для всіх можливих поєднань поляризацій цих сигналів з можливістю забезпечення визначення напрямку їхнього приходу з будь-якого напрямку в горизонтальній та вертикальній площинах.