А.С. Подстригаев1, А.В. Смоляков2, В.П. Лихачев3

1,2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (Санкт-Петербург, Россия)

3 ВУНЦ ВВА «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия)

Постановка проблемы. Для решения задач радиомониторинга, когнитивного радио и радиотехнической разведки активно используются средства широкополосного анализа (ШПА), к построению которых применяются различные подходы в зависимости от специфики поставленных задач, технологических возможностей производства и технико-экономических показателей. Все эти подходы базируются на шести основных типах приемников, из которых только три типа (многоканальный, матричный и приемник с субдискретизацией) позволяют обрабатывать наложения импульсов во времени. В условиях насыщенности современной радиоэлектронной обстановки такие наложения существенно снижают эффективность средств ШПА. При работе средств ШПА в полосе частот до 20 ГГц использование многоканального приемника приводит к необходимости совместной обработки более 20 каналов (при типовой полосе канала не менее 500 МГц), что делает такое техническое решение излишне сложным. Поэтому в качестве основы для построения перспективных средств ШПА в настоящей работе рассматриваются только матричный приемник и приемник с субдискретизацией. Следовательно, необходимы критерии выбора одного из этих двух приемников для построения средства ШПА с учетом потенциальной сложности сигнальной обстановки, в которой они будут применяться.

Цель. Обосновать критерии выбора одного из двух приемников (матричного приемника или приемника с субдискретизацией) для построения средства ШПА, исходя из сложности сигнальной обстановки, в которой планируется их применение. Результаты. Показано, что обработку наибольшего числа наложенных во времени импульсов без существенного усложнения обработки обеспечивают матричный приемник и приемник с субдискретизацией. На практике число наложенных импульсов зависит от сложности сигнальной обстановки. Предложен способ оценки сложности сигнальной обстановки на основе определения вероятности совмещения во времени не менее чем M импульсов. Построены графики зависимости вероятности наложения во времени M и более импульсов в зависимости от числа источников радиоизлучения (ИРИ) N при различной скважности S излучаемых ИРИ импульсных последовательностей. На основе моделирования с учетом сложности сигнальной обстановки предложены варианты состава обстановки на примере РЛС различного назначения. Предложены приемники, оптимальные по соотношению эффективности обработки и сложности реализации в зависимости от состава ИРИ, формирующих сигнальную обстановку.

Практическая значимость. Представленные критерии позволяют выбрать один из двух приемников (матричный приемник или приемник с субдискретизацией) для построения средства ШПА с учетом потенциальной сложности сигнальной обстановки, в которой планируется их применение.

Подстригаев А.С., Смоляков А.В., Лихачев В.П. Выбор приемника для широкополосного анализа сигнальной обстановки на основе оценки ее сложности // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 1. С. 143−153. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202201-19

1. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг – задачи, методы, средства. Изд. 2. М.: Горячая линия – Телеком. 2010. 624 с.
2. Кирсанов Э.А., Сирота А.А. Обработка информации в пространственно-распределенных системах радиомониторинга: статистический и нейросетевой подходы. М.: Физ.-мат. литература. 2012. 344 с.
3. Подстригаев А.С., Лихачев В.П. Современные подходы к реализации широкополосных беспоисковых по частоте средств радиомониторинга для российского флота // Морская радиоэлектроника. 2020. № 3(73). С. 42–45.
4. Лихачев В.П., Семенов В.В., Веселков А.А., Демчук А.А. Обобщенный алгоритм радиотехнического мониторинга РЛС с синтезированной апертурой антенны // Материалы XVI Междунар. науч.-методич. конф. «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 11–12 февраля 2016). Воронеж: Изд-во Научно-исследовательские публикации. 2016.  С. 179–184.
5. Мирошникова Н.Е. Обзор систем когнитивного радио // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. № 9. С. 108–111.
6. Глушков А.Н., Хохлов Н.С. Некогерентная квадратурная обработка радиосигналов на основе быстрых цифровых алгоритмов для мониторинга радиочастотного спектра в технологиях когнитивного радио // Вестник ВИ МВД России. 2013. № 3. С. 19–26.
7. Сперанский В.С. и др. Перспективы развития сверхширокополосных систем связи в направлении когнитивного радио // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2015. Т. 6. №. 1. С. 9–11.
8. Лимарев А.Е. Оптимизация времени мониторинга в когнитивном радио: одна пара – привилегированный и когнитивный пользователи // Радиотехника. 2013. № 12. С. 052–060.
9. Tsui J.B.Y. Microwave receivers with electronic warfare applications // IET. 2005. V. 2.
10. Куприянов А.И., Сахаров А.В. Радиоэлектронные системы в информационном конфликте. М.: Вузовская книга. 2003. 528 с.
11. Леньшин А.В. Бортовые системы и комплексы радиоэлектронного подавления. Воронеж: Науч. книга. 2014. 590 с. 
12. Подстригаев А.С., Лихачев В.П., Ляпин М.В., Липаков Н.Е. Анализ вероятностных характеристик матричного приемника с учетом неоднозначности определения частоты на стыках каналов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2015. № 4 (38). С. 17–25.
13. Лихачев В.П., Веселков А.А., Нгуен Ч.Н. Характеристики обнаружения линейно-частотно-модулированных, фазо-кодоманипулированных и простых радиоимпульсов в автокорреляционном приемнике // Радиотехника. 2018. № 8. С. 71–76.
14. Лихачев В.П., Семенов В.В., Веселков А.А. Экспериментальная апробация алгоритма определения частотно-временных параметров ЛЧМ-сигналов // Телекоммуникации. 2016. № 5. С. 2–7.
15. Коротков В.Ф., Зырянов Р.С. Разделение импульсных последовательностей в смешанном потоке сигналов // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. СПб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. № 3. С. 5–10. URL: https://re.eltech.ru/jour/article/view/169.
16. Богданов С.А., Куприянов П.В., Николаев С.В., Петров С.А. Исследование путей расширения динамического диапазона широкополосных приемных устройств СВЧ в многосигнальном режиме // Известия вузов России. Радиоэлектроника. СПб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2018. № 3. С. 85–90. URL: https://doi.org/10.32603/1993-8985-2018-21-3-85-90.
17. Подстригаев А.С. Анализ ведения радиотехнической разведки в условиях сложной сигнальной обстановки // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем. 2016. № 1(10). С. 49–52.
18. Дворников С.В., Конюховский В.С., Симонов А.Н. Способ частотно-пространственной селекции радиоизлучений с помощью триортогональной антенной системы // Информационно-управляющие системы. 2020. № 1. С. 63–72. DOI: 10.31799/1684-8853-2020-1-63-7.
19. Подстригаев А.С., Лихачев В.П. Неоднозначность определения частоты в матричном приемнике // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2015. № 2. 19 с. URL: http://jre.cplire.ru/jre/feb15/13/text.pdf.
20. Huang S., etc. Frequency estimation of multiple sinusoids with three sub-Nyquist channels // Signal Processing. 2017. V. 139.  Р. 96–101.
21. Патент на изобретение US № 5293114. Frequency measurement receiver with means to resolve an ambiguity in multiple frequency estimation. McCormick W.S., Tsui J.B.Y. Опубл. 08.03.1994.
22. Подстригаев А.С. Повышение эффективности матричного приемника в сложной сигнальной обстановке на основе оптоволоконной линии задержки // Труды МАИ. 2021. № 116. 24 с. doi: 10.34759/trd-2021-116-08. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=121070.
23. Jiao B. Leveraging UltraScale Architecture Transceivers for High-Speed Serial I/O Connectivity. 2015. 24 p. URL: https://www.xilinx.com/support/documentation/white_papers/wp458-ultrascale-xcvrs-serialio.pdf.
24. Skolnik M.I. Radar handbook. New York: McGraw-Hill. 2008. 1328 p.
25. Self A.G., Smith B.G. Intercept time and its prediction // IEE Proceedings F – Communications. Radar and Signal Processing. 1985. V. 132. № 4. Р. 215–220. doi: 10.1049/ip-f-1.1985.0052.
26. Kelly S.W., Noone G.P., Perkins J.E. Synchronization effects on probability of pulse train interception // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1996. V. 32. № 1. P. 213–220. doi: 10.1109/7.481263.
27. Apfeld S., Charlish A., Koch W. An Adaptive Receiver Search Strategy for Electronic Support. 2016 Sensor Signal Processing for Defence. Edinburgh. 2016. P. 1–5. doi: 10.1109/SSPD.2016.7590587.
28. Clarkson I.V.L. Optimisation of Periodic Search Strategies for Electronic Support // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2011. V. 47. № 3. P. 1770–1784. doi: 10.1109/TAES.2011.5937264.
29. Мельников Ю.П., Попов С.В. Методы оценки эффективности широкодиапазонного многоканально-функционального («матричного») приемника с многоступенчатым преобразованием частоты // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. Т. 14. № 3. С. 52–61.
30. Патент на изобретение RU № 2516763. Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов. Кренев А.Н., Ботов В.А., Горюнцов И.С., Погребной Д.С., Топорков В.К. Опубл. 20.05.2014. Бюл. № 14.