Потенциальные характеристики алгоритма определения местоположения источника радиосигнала

В.С. Павлов; А.Ю. Федоров; П.И. Бакулина

doi:10.18127/j00338486-202512-12

Потенциальные характеристики алгоритма определения местоположения источника радиосигнала

В.С. Павлов¹, А.Ю. Федоров², П.И. Бакулина³

научная статья УДК 621.396 Страницы: 98-109 doi.org/10.18127/j00338486-202512-12

^1,3 Московский филиал АО «ВНИИР-Прогресс» (Москва, Россия)
² АО «ВНИИР-Прогресс» (г. Чебоксары, Россия)

Ключевые слова: Цифровая антенная решетка координаты источника радиосигнала граница РаоКрамера диаграмма направленности пеленгация форма траектории беспилотный летательный аппарат

Аннотация

Постановка проблемы. Использование цифровой антенной решетки (ЦАР), размещенной на беспилотном летательном аппарате (БПЛА), для определения местоположения источника радиосигнала (ИР) является альтернативой классическому подходу с применением неподвижного многопозиционного комплекса радиоконтроля. К параметрам, определяющим погрешность измерения местоположения ИР относятся форма траектории движения БПЛА и погрешность определения его ориентации, а также диаграммы направленности (ДН) ЦАР. Необходимо рассмотреть потенциальные характеристики представленного в [1] алгоритма определения координат ИР, оптимального по критерию максимума функции правдоподобия.

Цель. Исследовать потенциальные характеристики алгоритма определения местоположения ИР с использованием ЦАР, расположенной на БПЛА.

Результаты. Проведено исследование характеристик алгоритма определения местоположения ИР с применением находящейся на БПЛА ЦАР. Выполнен аналитический расчет границы Рао-Крамера. Установлено, что основными параметрами, влияющим на погрешность определения координат ИР, являются форма траектории движения БПЛА и погрешность определения ориентации БПЛА.

Практическая значимость. Представленные результаты позволяют в ходе натурных испытаний выбрать оптимальную траекторию для исследования местности на наличие ИР.

Поступила: 06.05.2025
Одобрена: 13.05.2025
Принята: 28.11.2025

Для цитирования

Павлов В.С., Федоров А.Ю., Бакулина П.И. Потенциальные характеристики алгоритма определения местоположения источника радиосигнала // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 12. С. 98–109. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202512-12

Список источников

Павлов В.С., Федоров А.Ю., Харисов В.Н., Шиврина П.И. Алгоритм определения местоположения источника радиосигнала // Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского. 2024. № 12. С. 215-227.
Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебник. М.: Радиотехника. 2007. 375 с.
Аль-Одхари А.Х., Фокин Г.А., Федоренко И.В., Рябенко Д.С., Лавров С.В. Исследование влияния геометрического распределения пунктов приема и источника радиоизлучения на точность позиционирования // Вестник Полоцкого гос. ун-та. Сер. С. Фундаментальные науки. 2017. № 4. С. 2-7.
Семенюк С.С., Христичан Е.В., Саниев Р.Р. Обоснование подхода к снижению вариативности геометрического фактора системы определения координат воздушных объектов с использованием технологии MLAT // Журнал Радиоэлектроники. 2021. № 4. URL: http://jre.cplire.ru/jre/apr21/14/text.pdf (дата обращения: 07.02.2025).
Семенюк С.С., Еремеев И.Ю., Козлов А.В., Косынкин А.И., Веселов И.Д. Выбор топологии измерений разностно-даль-номерной системы для определения местоположения источников радиоизлучения с фактически заданными положениями приемных точек // Журнал радиоэлектроники. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun23/5/text.pdf (дата обращения: 07.02.2025).
Дворников С.В., Фокин Г.А., Аль-Одхари А.Х., Федоренко И.В. Исследование зависимости геометрического фактора топо-логии для разностно-дальномерного метода позиционирования // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2017. № 2. С. 86-93.
Аль-Одхари А.Х. Исследование влияния геометрического фактора снижения точности позиционирования в разностно-дальномерном методе // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании. СПб: СПбГУТ. 2017. С. 44-48.
Фокин Г.А., Аль-одхари А.Х. Обработка РДМ измерений для позиционирования с использованием беспилотных летатель-ных аппаратов // T-Comm. 2018. № 7.
Fokin G., Lazarev V. Positioning Accuracy Evaluation of radio emission sources using time difference of arrival and angle of arrival me-thods. Pt 2. 2D-Simulation // Proceedings of Telecommunication Universities. V. 5. P. 65-78. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-4-65-78.
Фокин Г.А., Лазарев В.О. Оценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерными и угломерными методами. Ч. 3. 3D-Моделирование // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 2. C. 87-102.
Дубровин А.В. Потенциальная точность измерения направления на излучатель для пеленгационных средств с кольцевыми антенными решетками // Антенны. 2006. № 2. С. 29-31.
Нечаев Ю.Б., Пешков И.В. Оценка границы Крамера-Рао для 2D-радиопеленгации в плоских антенных решетках // Вестник НТУУ «КПИ». 2016. № 67. С. 12-17.
Пешков И.В. Минимизация нижней границы Крамера-Рао при проектировании антенных решеток с направленными излучателями для повышения точности оценки направления прихода сигнала // Журнал радиоэлектроники. 2022. № 2. http://jre.cplire.ru/jre/feb22/10/text.pdf (дата обращения: 07.02.2025).
Weiss A.J., Friedlander B. On the Cramer Rao bound for direction finding of correlated signals // Conference Record Twenty-Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. 1990. P. 941-945. DOI: 10.1109/acssc.1990.523476.
Weiss A.J., Friedlander B. On the Cramer-Rao bound for direction finding of correlated signals // IEEE Transactions on Signal Processing. 1993. № 41(1). P. 495-499. DOI: 10.1109/tsp.1993.193187.
Mirkin A.N., Sibul L.H. Cramer-Rao bounds on angle estimation with a two-dimensional array // IEEE Transactions on Signal Processing, 1991. № 39(2). Р. 515–517. DOI: 10.1109/78.80843.
Nechaev Yu.B., Peshkov I.W., Fortunova N.A. Estimation of the Cramer-Rao bound for radio direction-finding on the azimuth and elevation of planar antenna arrays of the symmetric form // IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS). 2018. P. 1-5. DOI: 10.1109/ewdts.2018.8524799.
Nechaev Yu.B., Peshkov I.W., Fortunova N.A. Evaluation and minimization of Cramer-Rao bound for conformal antenna arrays with directional emitters for DOA-Estimation // Progress in Electromagnetics Research. 2019. P. 139-154. DOI: 10.2528/PIERC18111802.
Nechaev Yu.B., Peshkov I.V. An approach of DOA-estimation accuracy improving via conformal antenna arrays with directional emitters // Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2020. P. 1-6. DOI: 10.1109/ieeeconf48371.2020.90/.
Friedlander B. On the Cramer-Rao bound for sparse linear arrays // 54th Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers. 2020. P. 1255-1259, DOI: 10.1109/IEEECONF51394.2020.9443292.
Li S., Liu Y., You L., Wang W. Optimal three-dimensional antenna array for direction finding with geometric constraint // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 31948-31956, DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2973820.
Nechaev Yu.B., Peshkov I.W. Novel planar antenna arrays geometries improving DOA estimation accuracy of narrowband sources on the azimuth // 42nd International Conference on Telecommunications and Signal Processing. 2019. P. 420-423.
Gazzah H., Marcos S. Cramer-Rao bounds for antenna array design // IEEE Transactions on Signal Processing, 2006. № 54(1). P. 336–345. DOI:10.1109/tsp.2005.861091.
Van Trees H.L. Detection, Estimation, and Modulation Theory. Part IV. Optimum Array Processing. John Wiley & Sons. 2004. P. 1470.

[1] Павлов В.С., Федоров А.Ю., Харисов В.Н., Шиврина П.И. Алгоритм определения местоположения источника радиосигнала // Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского. 2024. № 12. С. 215-227.

[2] Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебник. М.: Радиотехника. 2007. 375 с.

[3] Аль-Одхари А.Х., Фокин Г.А., Федоренко И.В., Рябенко Д.С., Лавров С.В. Исследование влияния геометрического распределения пунктов приема и источника радиоизлучения на точность позиционирования // Вестник Полоцкого гос. ун-та. Сер. С. Фундаментальные науки. 2017. № 4. С. 2-7.

[4] Семенюк С.С., Христичан Е.В., Саниев Р.Р. Обоснование подхода к снижению вариативности геометрического фактора системы определения координат воздушных объектов с использованием технологии MLAT // Журнал Радиоэлектроники. 2021. № 4. URL: http://jre.cplire.ru/jre/apr21/14/text.pdf (дата обращения: 07.02.2025).

[5] Семенюк С.С., Еремеев И.Ю., Козлов А.В., Косынкин А.И., Веселов И.Д. Выбор топологии измерений разностно-даль-номерной системы для определения местоположения источников радиоизлучения с фактически заданными положениями приемных точек // Журнал радиоэлектроники. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun23/5/text.pdf (дата обращения: 07.02.2025).

[6] Дворников С.В., Фокин Г.А., Аль-Одхари А.Х., Федоренко И.В. Исследование зависимости геометрического фактора топо-логии для разностно-дальномерного метода позиционирования // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2017. № 2. С. 86-93.

[7] Аль-Одхари А.Х. Исследование влияния геометрического фактора снижения точности позиционирования в разностно-дальномерном методе // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании. СПб: СПбГУТ. 2017. С. 44-48.

[8] Фокин Г.А., Аль-одхари А.Х. Обработка РДМ измерений для позиционирования с использованием беспилотных летатель-ных аппаратов // T-Comm. 2018. № 7.

[9] Fokin G., Lazarev V. Positioning Accuracy Evaluation of radio emission sources using time difference of arrival and angle of arrival me-thods. Pt 2. 2D-Simulation // Proceedings of Telecommunication Universities. V. 5. P. 65-78. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-4-65-78.

[10] Фокин Г.А., Лазарев В.О. Оценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерными и угломерными методами. Ч. 3. 3D-Моделирование // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 2. C. 87-102.

[11] Дубровин А.В. Потенциальная точность измерения направления на излучатель для пеленгационных средств с кольцевыми антенными решетками // Антенны. 2006. № 2. С. 29-31.

[12] Нечаев Ю.Б., Пешков И.В. Оценка границы Крамера-Рао для 2D-радиопеленгации в плоских антенных решетках // Вестник НТУУ «КПИ». 2016. № 67. С. 12-17.

[13] Пешков И.В. Минимизация нижней границы Крамера-Рао при проектировании антенных решеток с направленными излучателями для повышения точности оценки направления прихода сигнала // Журнал радиоэлектроники. 2022. № 2. http://jre.cplire.ru/jre/feb22/10/text.pdf (дата обращения: 07.02.2025).

[14] Weiss A.J., Friedlander B. On the Cramer Rao bound for direction finding of correlated signals // Conference Record Twenty-Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. 1990. P. 941-945. DOI: 10.1109/acssc.1990.523476.

[15] Weiss A.J., Friedlander B. On the Cramer-Rao bound for direction finding of correlated signals // IEEE Transactions on Signal Processing. 1993. № 41(1). P. 495-499. DOI: 10.1109/tsp.1993.193187.

[16] Mirkin A.N., Sibul L.H. Cramer-Rao bounds on angle estimation with a two-dimensional array // IEEE Transactions on Signal Processing, 1991. № 39(2). Р. 515–517. DOI: 10.1109/78.80843.

[17] Nechaev Yu.B., Peshkov I.W., Fortunova N.A. Estimation of the Cramer-Rao bound for radio direction-finding on the azimuth and elevation of planar antenna arrays of the symmetric form // IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS). 2018. P. 1-5. DOI: 10.1109/ewdts.2018.8524799.

[18] Nechaev Yu.B., Peshkov I.W., Fortunova N.A. Evaluation and minimization of Cramer-Rao bound for conformal antenna arrays with directional emitters for DOA-Estimation // Progress in Electromagnetics Research. 2019. P. 139-154. DOI: 10.2528/PIERC18111802.

[19] Nechaev Yu.B., Peshkov I.V. An approach of DOA-estimation accuracy improving via conformal antenna arrays with directional emitters // Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2020. P. 1-6. DOI: 10.1109/ieeeconf48371.2020.90/.

[20] Friedlander B. On the Cramer-Rao bound for sparse linear arrays // 54th Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers. 2020. P. 1255-1259, DOI: 10.1109/IEEECONF51394.2020.9443292.

[21] Li S., Liu Y., You L., Wang W. Optimal three-dimensional antenna array for direction finding with geometric constraint // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 31948-31956, DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2973820.

[22] Nechaev Yu.B., Peshkov I.W. Novel planar antenna arrays geometries improving DOA estimation accuracy of narrowband sources on the azimuth // 42nd International Conference on Telecommunications and Signal Processing. 2019. P. 420-423.

[23] Gazzah H., Marcos S. Cramer-Rao bounds for antenna array design // IEEE Transactions on Signal Processing, 2006. № 54(1). P. 336–345. DOI:10.1109/tsp.2005.861091.

[24] Van Trees H.L. Detection, Estimation, and Modulation Theory. Part IV. Optimum Array Processing. John Wiley & Sons. 2004. P. 1470.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи