Statistical Estimates of the Accuracy of Mono-Pulse Direction Finding of Sources of Radioemission by Dual-Channel Phase Devices

Authors

DOI:

https://doi.org/10.20535/RADAP.2020.81.30-37

Keywords:

statistical estimation, radio emission source, signal, bearing base, signal to noise ratio, wavelength, bearing, device.

Abstract

Formulation of the problem in general. The practice of radio monitoring indicates that information should be obtained on a time-to-real scale, with maximum speed and minimum time loss; the accuracy of the estimation of the parameters of the radioemission sources and their bearings should be maximized; the probability of recognizing and classifying sources and objects is no less than a given one. This confirms the existence of a problematic situation, which is caused by the existing contradiction between modern requirements for ensuring high speed, accuracy and reliability in the process of obtaining information, data and information and technical capabilities of modern radio monitoring facilities.

Analysis of recent researches and publications. Currently, mono-pulse routing techniques are mainly designed to monitor radar signals where most of the signal parameters are known (example, carrier frequency, duration, period or frequency of pulse repetition, signal spectrum width, frequency deviation, signal to noise ratio). But in the conditions of partial or complete uncertainty of parameters, mono-pulse radar methods lose their efficiency and become unsuitable.

Presenting the main material. The statistical estimates of the accuracy of the mono-pulse two-channel phasometric direction finding method, which provides unbiased, efficient and optimal estimates with a given probability and minimal mathematical expectation and variance, are calculated. The gain in the accuracy of direction finding when using two-phase phase direction finders will be determined by the ratio of the mean squared errors of the coarse and precise direction channels and equal to the inverse of the magnitudes of the phasometric bases of both channels.

Conclusion. The use of mono-impulse dual-channel phase-finding method and defining the parameters of radioemission sources ensure unbiased, efficient and optimal estimates with a given probability and minimal mathematical expectation and variance. The minimization of the mathematical expectation and variance of the statistical estimates of the parameters of radio sources when using the two-channel phasometric method can be assured by rational choice of the magnitude of the phasometric bases of coarse and accurate channels and depends on the signal-to-noise ratio at the input of the direction finder and the accuracy of the carrier frequency measurement.

The perspectives of future researches. One of the directions of further researches can be considered the solution of the problem of development of the combined amplitude-phase method (method) of bearing with synthesis of structural circuits of devices conducting mono-impulse bearing of sources of radio emission of telecommunication networks, which provide optimal estimation of relative radiation analysis evaluation of their quality indicators.

Author Biographies

V. V. Voitko , Research Institute of the Ministry of Defense of Ukraine, Kyiv

Candidate of Engineering Sciences

A. I. Ilnyckij , Institute telecommunication system NTUU “KPI”, Kyiv

Candidate of Engineering Sciences, Docent

 

O. А. Iliashov , The Central Research Institute of the Armed Forces of Ukraine, Kyiv

Doctor of Military Sciences, professor

 

A. В. Steiskal , Research Institute of the Ministry of Defense of Ukraine, Kyiv

Candidate of Engineering Sciences

 

References

Перелік посилань

Рембовский А. М. Радиомониторинг – задачи, методы, средства / А. М. Рембовский, А. В. Ашихмин, В. А. Козьмин; под ред. А. М. Рембовского. - М. : Горячая линия – Телеком, 2010. - 624 с.

Радзиевский В.Г. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. / В.Г. Радзиевский, П.А.Трифонов. - М.: Радиотехника, 2009. - 288 с.

Ширман Я.Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации / Я. Д. Ширман, В. Н. Манжос. - М. : Радио и связь, 1981. - 416 с.

Слободянюк П. В. Довідник з радіомоніторингу / П. В. Слободянюк, В. Г. Благодарний, В. С. Ступак; під. заг. ред. П. В. Слободянюка. - Ніжин : ТОВ «Видавництво «Аспект-Поліграф», 2008. - 588 с.

Tuncer T., Friedlander B. Classical and Modern Direction-of-Arrival Estimation. - Academic Press, 2009, 456 p.

Y. Meng, P. Stoica and K. M. Wong (1997) Estimation of the directions of arrival of spatially dispersed signals in array processing, IEE Proc.–Radar, Sonar Navigat., vol. 143, no. 1, pp. 1–9.

L. Zhang, Y. Liu, J. Yu and K. Liu Low-Complexity Spatial Parameter Estimation for Coherently Distributed Linear Chirp Source // IEEE Access, Vol. 6, pp. 75843-75854.

Нєчаєв Ю. Б., Пєшков І. В. і Фортунова Н. А. (2018) Оцінка границі Крамера-Рао випуклих антенних решіток з направленими виапромінювачами для радіопеленгації, Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування. - 2018. - Вип. 75. - с. 16-24.

Войтко В. В., Ільницький А. І. Математична модель процесу вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання фазометричними пристроями інтерференційного типу. Вісник НТУУ ''КПІ''. Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування. - 2017. - № 70. - с. 17-22. doi: 10.20535/RADAP.2017.70.17-22.

Светозаров В.В. Основы статистической обработки результатов измерений / В.В. Светозаров. - М.: МИФИ, 2005. - 400 с.

Логачев С.В. Дослiдження методiв iдентифiкацiї радiотехничнiх вимiрiв при супроводi близько розташованих об’єктiв / С.В. Логачев, Г.В. Худов, Р.В. Дзюбчук / Збiрник наукових праць Житомирського вiйськового iнституту iменi С.П. Корольова. - 2013. - № 8. - с. 47–53.

Ткалич В.Л. Обработка результатов технических измерений / В.Л. Ткалич, Р.Я. Лобковская. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011. - 72 с.

Павлюк В. В. Підходи до побудови багатоканальних програмновизначених комплексів радіоконтролю телекомунікаційних мереж / В.В. Павлюк // Системи обробки інформації. - 2018. - № 2(153). - С. 144-151. DOI: 10.30748/soi.2018.153.18.

Jackson R. Direction of arrival estimation using directive antennas in uniform circular arrays / Jackson Brad R., Sreeraman Rajan, Bruce J. Liao and Sichun Wang~// IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2015. - Vol. 63, no. 2. - pp. 736-747.

Mohammadi S. Direction of Arrival Estimation in Conformal Microstrip Patch Array Antenna / S. Mohammadi, A. Ghani, S. H. Sedighy // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2018. - Vol. 66, Iss.1. - pp. 511–515.

Tsyporenko V. V. Development of direct method of direction finding with two-dimensional correlative processing of spatial signal / V. V. Tsyporenko, V. G. Tsyporenko // EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies. Information and controlling system. - 2016. - Vol 6, №9(84). - pp. 63–70.

Ципоренко В. В., Ципоренко В. Г., Чухов В. В. і Андреєв О. В. (2018) Аналіз точності безпошукового цифрового методу кореляційно-інтерферометричного пеленгування з двовимірною кореляційною обробкою просторового сигналу, Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, 0(72), с. 23-31.

Jian Y. Long baseline direction finding and localization algorithms for noise radiation source / Y. Jian, C. Wangjie, L. Lei, N. Xiaokang // Proc. of the 12th International Conference Signal Processing (ICSP). - 2014. - 19–23 Oct. pp. 52–57.

Родс Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию / Пер. с англ. Б.М.Герасимова, под ред. Л.Д.Бахраха. - М.: Сов.радио, 1960. - 160 с.

Wiesbeck W. Radar 2020: The Future of Radar Systems / W. Wiesbeck, Sit L., M. Younis, T. Rommel, G. Krieger and A. Moreira // International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), At Milano, 2015.

Cook B. Real-Time Radar-Based Tracking and State Estimation of Multiple Non-Conformant Aircraf / B. Cook, T. Arnett, O. Macmann, M. Kumar // SciTech Forum, Grapevine, Texas, 9 - 13 January 2017.

Леонов А.И. Моноимпульсная радиолокация. / А.И.Леонов, К.И.Фомичев. - М.: Сов. радио, 1970. - 392 с.

Войтко В.В., Ільницький А.І., Казаров А.А. Спосіб двоканального фазового моноімпульсного пеленгування джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу. - Деклараційний патент № 107503 на корисну модель U 2015 12210. - Бюл. №11 від 10.06.2016 р.

Войтко В.В., Ільницький А.І., Казаров А.А. Пристрій двоканального однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу на джерело радіовипромінювання станціями радіомоніторингу на несучій частоті вхідних сигналів. - Деклараційний патент № 122275 на корисну модель U 2017 08068. - Бюл. №24, 26.12.2017 р.

References

Rembovskij A. M. ed., Ashimhin A. V. and Koz'min V. A. (2010) Radiomonitoring: zadachi, metody, sredstva Moskow, Goryachaya liniya - Telekom, 624 p.

Radzievskij V. G. and P. A. Trifonov (2009) Obrabotka sverhshirokopolosnyh signalov i pomekh Moskow, Radiotekhnika, 288 p.

Shirman YA. D. and Manzhos V. N. (1981) Teoriya i tekhnika obrabotki radiolokatsionnoy informatsii Moskow, Radio i svyaz', 416 p.

Slobodyanyuk P. V. eds., Blagodarnii V. G. and Stupak V. S. (2008) Dovіdnik z radіomonіtoringu. [Reference of radio monitoring]. Nіzhin, Aspekt-Polіgraf, 588 p.

Tuncer T. and Friedlander B. (2009) Classical and Modern Direction-of-Arrival Estimation Academic Press, 456 p.

Meng Y., Stoica P. and Wong K. (1996) Estimation of the directions of arrival of spatially dispersed signals in array processing. IEE Proceedings - Radar, Sonar and Navigation, Vol. 143, Iss. 1, pp. 1-9. DOI: 10.1049/ip-rsn:19960170.

Zhang L., Liu Y., Yu J. and Liu K. (2018) Low-Complexity Spatial Parameter Estimation for Coherently Distributed Linear Chirp Source. IEEE Access, Vol. 6, pp. 75843-75854. DOI: 10.1109/access.2018.2883530.

Nechaev Y. B., Peshkov I. V. and Fortunova N. A. (2018) Evaluating Cramer-Rao Bound for Conformal Antenna Arrays with Directional Emitters for Doa-Estimation. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, Iss. 75, pp. 16-24. DOI: 10.20535/radap.2018.75.16-24.

Voitko V. V. and Ilnytskyi A. I. (2017) Mathematical model of instantaneous frequency measuring process of radioemission phasemeasuring sources by interference type devices. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, no. 70, pp. 17-22. doi: 10.20535/RADAP.2017.70.17-22.

Svetozarov V. V. (2005) Osnovy statisticheskoj obrabotki rezul'tatov izmerenij, Moskow, MIFI, 400 p.

Logachov S. V., Hudov G. V. and Dz'ubchuk R. V. (2013) The research of the methods for identification of radiotechnical measurements accompanied by closely located space objects. Problemy stvorennia, vyprobuvannia, zastosuvannia ta ekspluatatsii skladnykh informatsiinykh system, No 8, pp. 47-53. (in Ukrainian).

Tkalich V. L. and Lobkovskaya R. Ya. (2011) Obrabotka rezul'tatov tekhnicheskih izmerenij, SPb, SPbGU ITMO, 72 p.

Pavlyuk V. V. (2018) Approaches to the construction of multi-channel software defined radio control system for the telecommunication networks. Information processing systems, no. 2(153). pp. 144-151. DOI: 10.30748/soi.2018.153.18.

Jackson B. R., Rajan S., Liao B. J. and Wang S. (2015) Direction of Arrival Estimation Using Directive Antennas in Uniform Circular Arrays. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 63, Iss. 2, pp. 736-747. DOI: 10.1109/tap.2014.2384044.

Mohammadi S., Ghani A. and Sedighy S.H. (2018) Direction-of-Arrival Estimation in Conformal Microstrip Patch Array Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 66, Iss. 1, pp. 511-515. DOI: 10.1109/tap.2017.2772085.

Tsyporenko V. and Tsyporenko V. (2016) Development of direct method of direction finding with two-dimensional correlative processing of spatial signal. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 6, Iss. 9 (84), pp. 63-70. DOI: 10.15587/1729-4061.2016.85599.

Tsyporenko V. V., Tsyporenko V. G., Chukhov V. V. and Andreiev O. V. (2018) Analysis of Accuracy of Direct Digital Method of Correlative-Interferometric Direction Finding with Two-Dimensional Correlative Processing of Spatial Signal. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, Iss. 72, pp. 23-31. DOI: 10.20535/radap.2018.72.23-31.

Yang J., Chen W., Li L. and Ni X. (2014) Long baseline direction finding and localization algorithms for noise radiation source. 2014 12th International Conference on Signal Processing (ICSP), pp. 52–57. DOI: 10.1109/icosp.2014.7014968.

Rods D. R. (1960) Vvedeniye v monoimpul'snuyu radiolokatsiyu Moskow, Sov.radio, 160 p.

Wiesbeck W., Sit L., Younis M., Rommel T., Krieger G. and Moreira A. (2015) Radar 2020: The future of radar systems. 2015 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). DOI: 10.1109/igarss.2015.7325731.

Cook B., Arnett T. J., Macmann O. and Kumar M. (2017) Real-Time Radar-Based Tracking and State Estimation of Multiple Non-Conformant Aircraft. AIAA Information Systems-AIAA Infotech @ Aerospace. DOI: 10.2514/6.2017-1133.

Leonov A. I. and Fomichev K. I. (1970) Monoimpul'snaya radiolokatsiya, Moskow, Sov. radio, 392 p.

Voytko V. V., Il'nyts'kyy A. I. and Kazarov A. A. (2016) Sposib dvokanal'noho fazovoho monoimpul'snoho pelenhuvannya dzherel radiovyprominyuvannya stantsiyamy radiomonitorynhu, Patent UA107503.

Voytko V. V., Il'nyts'kyy A. I. and Kazarov A. A. (2017) Prystriy dvokanal'noho odnobazovoho monoimpul'snoho vymiryuvannya pelenhu na dzherelo radiovyprominyuvannya stantsiyamy radiomonitorynhu na nesuchiy chastoti vkhidnykh syhnaliv, Patent UA122275.

Published

2020-06-30

How to Cite

Войтко , В. В. ., Ільницький , А. І. ., Ільяшов , О. А. ., Стейскал, . А. Б. . and Марченко , А. О. . (2020) “Statistical Estimates of the Accuracy of Mono-Pulse Direction Finding of Sources of Radioemission by Dual-Channel Phase Devices”, Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, (81), pp. 30-37. doi: 10.20535/RADAP.2020.81.30-37.

Issue

Section

Theory and Practice of Radio Measurements