Г.Г. Вертоградов1, В.Г. Вертоградов2, В.Ю. Нестеров3

1,3 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

2 ФГУП «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи» (г. Ростов-на-Дону, Россия)

1 vertogradovgg@gmail.com; 2 v.vitaly.g@yandex.ru; 3 vadnesterov@sfedu.ru 

Постановка проблемы. В задачах полуактивной радиолокации обнаружение, идентификация объектов и оценка их параметров осуществляется многопозиционными комплексами на основе регистрации радиоизлучения, рассеянного неизвестным объектом от постоянно действующих радиостанций, работающих в диапазонах от коротких до ультракоротких волн. Для решения задач дистанционной диагностики ионосферной плазмы был разработан радиопеленгатор, принимающий непрерывные сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) от известных передатчиков и способный измерять на трассе зондирования не только традиционные для зондов дистанционно-частотные и амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), но и двухмерные угловые-частотные. Впервые этот радиопеленгатор был эффективно применен для пространственного позиционирования естественных и искусственных ионосферных неоднородностей различных масштабов на расстояниях от 1000 до 12000 км [2]. В настоящее время актуальной задачей является возможность использования ЛЧМ-радиопеленгатора для круглосуточного пассивного мониторинга различных объектов естественного и искусственного происхождения, двигающихся в тропосфере и ионосфере Земли на различных расстояниях от станции наблюдения.

Цель. Исследовать возможность применения ЛЧМ-радиопеленгатора декаметрового диапазона для однопозиционного обнаружения объектов в тропосфере и ионосфере Земли, а также предложить решение задачи их пространственного позиционирования с помощью имитационного моделирования.

Результаты. Проведены эксперименты с 2011 по 2020 гг., которые показали, что с помощью ВЧ ЛЧМ радиопеленгатора можно обнаружить и отследить объект на расстояниях до 200 км по рассеянному им излучению от передатчика, удаленного на расстояние примерно 1400 км. Разработана модель рассеяния, позволяющая на основе решения задачи многопараметрической оптимизации выполнить оценки пространственных координат объекта, движущегося в атмосфере Земли. Методом наименьших квадратов согласованы измеренные значения углов прихода и относительной групповой задержки на распространение рассеянного поля и получить высоту и географические координаты движущегося в атмосфере Земли объекта. Показано, что пошаговое построение пространственной траектории объекта обеспечивает оценку его полного вектора скорости. По результатам имитационного моделирования экспериментов зондирования выполнено пространственное позиционирование неизвестных объектов в тропосфере Земли. Установлено, что следы движущихся объектов по результатам наклонного зондирования обнаруживаются только в условиях развитого Es-слоя ионосферы. Показано, что в части сеансов объекты движутся со скоростями, значительно превышающими скорость звука.

Практическая значимость. Представленная экспериментально апробированная методика пространственной локализации объекта в тропосфере Земли может быть использована для получения оценки полного вектора скорости объекта с помощью ВЧ ЛЧМ-радиопеленгатора.

Вертоградов Г.Г., Вертоградов В.Г., Нестеров В.Ю. Применение ЛЧМ-радиопеленгатора декаметрового диапазона волн для оценки параметров объектов, движущихся в атмосфере Земли // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 12. С. 32−40. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202312-04

1. Бархатов А.В., Веремьев В.И. и др. Пассивная когерентная радиолокация. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2016. 163 с.
2. Ткачев Г.Н., Готовчиц И.В., Крылов Б.Н. Возможности практической реализации схемы полуактивной радиолокации с независимым источником подсвета в коротковолновом диапазоне // Успехи современной радиоэлектроники. 2011. № 4. С. 34-41.
3. Uryadov V.P., Vertogradov G.G., Vertogradova E.G., Vertogradov V.G. A New Tool for Investigating Complex Ionospheric Structures: Over-the-horizon high-frequency sounding of ionospheric irregularities with a chirp ionosonde-direction finder // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2017. V. 59. № 6. Р. 62-76.
4. Валов В.А., Вертоградов Г.Г., Вертоградов В.Г., Вертоградова Е.Г., Кубатко С.В., Урядов В.П, Черкашин Ю.Н. ЛЧМ ионозонд-радиопеленгатор и его применение в ионосферных исследованиях // Физические основы приборостроения. 2012. Т. 1. № 4. С. 24-43.
5. Вертоградов Г.Г., Урядов В.П., Вертоградов В.Г., Вертоградова Е.Г., Кубатко С.В. Ионозонд-радиопеленгатор с линейно-частотно модулированным сигналом – новый инструмент для исследований ионосферы и распространения радиоволн // Известия вузов. Сер. Радиофизика. 2013. Т. 56. № 5. С. 287-306.
6. Филипп Н.Д., Блаунштейн Н.Ш., Ерухимов Л.М., Иванов В.А., Урядов В.П. Современные методы исследования динами-ческих процессов в ионосфере. Кишинев: ШТИИНЦА. 1991. 288 с.
7. Иванов В.А., Фpолов В.А., Шумаев В.В. Зондиpование ионосфеpы непpеpывными ЛЧМ сигналами // Известия вузов. Сер. Радиофизика. 1986. Т. 26. № 2. С. 235-237.
8. Урядов В.П., Вертоградов Г.Г., Вертоградов В.Г., Кубатко С.В., Понятов А.А., Черкашин Ю.Н., Крашенинников И.В., Валов В.А. Комраков И.В., Макаров А.В., Бредихин Д.В. Зондирование искусственно возмущенной ионосферы с помощью ионозон-да/пеленгатора с линейной частотной модуляцией сигнала // Известия вузов. Сер. Радиофизика. 2009. Т. 52. № 4. С. 267-278.
9. Gething P.J.D. Radio direction-finding and resolution of multicomponent wave-filds. London: Peter Peregrinus Ltd. 1976. 329 p.
10. Gething P.J.D. Radio direction finding and superresolution. London: Peter Peregrinus Ltd. 1990. 365 p.
11. Барабашов Б.Г., Вертоградов Г.Г. Динамическая адаптивная структурно-физическая модель ионосферного радиоканала // Математическое моделирование. 1996. Т. 8. № 2. С. 3-18.
12. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2001611514 (РФ). Программное обеспечение много-канального пеленгатора-дальномера КВ-диапазона / Вертоградов Г.Г., Кондаков Е.В., Шевченко В.Н. Заявл. 13.09.2001; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ. г. Москва, 12 ноября 2001 г.
13. Bilitza D., Reinisch B.W. International reference ionosphere 2007: improvements and new parameters // Advances in Space Research. 2008. V. 42. P. 599–609. DOI: 10.1016/j.asr.2007.07.048.
14. Bilitza D., Altadill D., Zhang Y., Mertens C., Truhlik V., et al. The International Reference Ionosphere 2012 – a model of inter-national collaboration // J. Space Weather Space Clim. 2014. V. 4(A07). DOI:10.1051/swsc/2014004.