Оптимізація структур радіосистем пеленгації джерел випромінювання сигналів з повністю відомими параметрами

Abstract

UK: Актуальність. Радіопеленгатори є ключовими компонентами систем радіолокації та радіонавігації, особливо коли вони встановлюються на борту БПЛА. Високі вимоги до точності пеленгації та широкого кута однозначних вимірювань стають особливо актуальними в умовах збільшення застосування безпілотних систем. Основна проблема полягає у досягненні балансу між високою точністю та широким діапазоном кутів однозначних вимірювань. Мета. Одночасне підвищення точності пеленгації та розширення кутів однозначних вимірювань за рахунок статистичного синтезу методів обробки функціонально-детермінованих сигналів в багатоканальних радіопеленгаторах. Метод. Ґрунтується на статистичній теорії оптимізації радіотехнічних систем дистанційного зондування та радіолокації. Для обмеженого в даній роботі типу сигналів, що задаються функціонально-детермінованими моделями, сконструйовано функцію правдоподібності та визначено її максимуми для різних конфігурацій багатоантенних пеленгаторів. Результати статистичного синтезу перевіряються методами імітаційного моделювання та натурними експериментами. Результати. Теоретичними дослідженнями та імітаційним моделюванням підтверджено, що в двоантених радіопеленгаторах існує протиріччя між високою роздільною здатністю та шириною діапазону кутів однозначного радіопеленгування. Отримано удосконалений метод обробки сигналів в чотирьохантенному радіопеленгаторі, що має пару високоспрямованих та пару низькоспрямованих антен. Для отримання гранично досяжної точності пеленгування у межах діапазону однозначних вимірювань радіопеленгатору синтезовано новий метод обробки сигналів в шести елементному радіоприймачі, що комплексує обробку в двох амплітудних пеленгаторах та одному фазовому пеленгаторі. Висновки. Запропонований підхід дозволяє досягти оптимального балансу між роздільною здатністю і діапазоном кутів, що особливо важливо для застосування у бортових системах безпілотних літальних апаратів. Результати моделювання підтверджують ефективність запропонованого методу, що робить його перспективним для впровадження в сучасні радіосистеми. EN: Context. Direction finders are critical components of radar and radio navigation systems, particularly when installed onboard UAVs. The increasing use of unmanned systems has heightened the need for precise direction finding and wide-angle unambiguous measurements. The primary challenge is to strike a balance between achieving high accuracy and maintaining a broad range of unambiguous measurement angles. Objective. To simultaneously enhance direction finding accuracy and expand the range of unambiguous measurement angles through the statistical synthesis of functionally deterministic signal processing methods in multichannel direction finders. Method. The approach is grounded in the statistical theory of optimization for radio remote sensing and radar systems. For the specific type of signals considered in this study, represented by functional-deterministic models, the likelihood function is constructed, and its maxima are determined for various configurations of multi-antenna direction finders. The statistical synthesis results are validated through simulation and in-situ experiments. Results. Theoretical analysis and simulation modeling confirm that in dual-antenna direction finders, there is a trade-off between high resolution and the range of unambiguous direction finding angles. An improved signal processing method is developed for a four-antenna direction finder, utilizing a pair of high-gain and a pair of low-gain antennas. To achieve the maximum possible bearing accuracy within the range of unambiguous direction finder measurements, a new signal processing method is synthesized for a six-element radio receiver, combining the processing of signals in two amplitude direction finders and one phase direction finder. Conclusions. The proposed approach achieves an optimal balance between resolution and angle range, making it particularly suitable for onboard systems of unmanned aerial vehicles. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed method, highlighting its potential for implementation in modern radio systems.