RU2589018C1

RU2589018C1 - Radar station on basis of gsm cellular communication networks with device for generating directional illumination

Info

Publication number: RU2589018C1
Application number: RU2015134203/07A
Authority: RU
Inventors: Евгений Викторович Демидюк; Андрей Владимирович Фомин
Original assignee: Оао "Нпп" Кант"
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2016-07-10

Abstract

FIELD: radar ranging and radio navigation.

SUBSTANCE: said result is achieved by that radar station on basis of GSM cellular communication networks, intended for detection of targets located in surface illumination field of base stations of cellular communication, there is a device for generating directional illumination intended for enhancing backlight signal of GSM standard for expansion of spatial parameters of radar stations.

EFFECT: amplifying illumination signal of GSM standard in directions and levels with weak or absent coverage of cellular communication networks to required power level.

1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к разнесенной радиолокации и может быть использовано для обеспечения возможности обнаружения и измерения координат целей в тех секторах и эшелонах воздушного и приземного пространства, в границах которых поле подсвета базовых станций сотовой связи стандарта GSM отсутствует или недостаточно для задач радиолокации. Техническим результатом предлагаемого изобретения является усиление подсвечивающего сигнала стандарта GSM в направлениях и эшелонах со слабым или отсутствующим покрытием сетей сотовой связи до требуемого уровня мощности.The present invention relates to diversity radar and can be used to enable the detection and measurement of target coordinates in those sectors and echelons of air and ground space, within which the illumination field of GSM base stations is absent or insufficient for radar tasks. The technical result of the invention is the amplification of the illuminating signal of the GSM standard in directions and echelons with weak or absent coverage of cellular networks to the required power level.

Известна подвижная система обнаружения объекта и способ использования сигналов, передаваемых мобильной телефонной станцией (патент США №6930638 В2, 1.08.2001, G01S 3/00; G0S 13/46; G0S 13/58; G0S 13/92; H04Q 7/34; G0S 3/46), содержащая приемник, имеющий первую и вторую антенны, и средство обработки, причем первая (опорная) антенна выполнена с возможностью приема прямого сигнала, базовой станции мобильной телефонной связи; а вторая (целевая) антенна выполнена с возможностью приема сигнала базовой станции, отраженного от объекта. Средство обработки сравнивает сигнал, принимаемый от базовой станции с сигналом, отраженным от объекта, и определяет скорость и положение объекта. Система состоит из множества базовых станций мобильной телефонной связи, которые передают сигнал. Недостаток системы - малая дальность или невозможность обнаружения объектов в направлениях и на высотах, в которых имеется слабый сигнал сотовой связи.Known mobile system for detecting an object and a method of using signals transmitted by a mobile telephone exchange (US patent No. 6930638 B2, 1.08.2001, G01S 3/00; G0S 13/46; G0S 13/58; G0S 13/92; H04Q 7/34; G0S 3/46) comprising a receiver having first and second antennas and processing means, the first (reference) antenna being configured to receive a direct signal to a mobile telephone base station; and the second (target) antenna is configured to receive a base station signal reflected from the object. The processing means compares the signal received from the base station with the signal reflected from the object, and determines the speed and position of the object. A system consists of a plurality of base stations for mobile telephony that transmit a signal. The disadvantage of the system is the short range or inability to detect objects in directions and at heights in which there is a weak cellular signal.

Известна бистатическая радиолокационная станция с обнаружением «на просвет» (Евразийский патент №007143, 2004.12.23 G01S 13/06, G01S 7/42), содержащая передающую позицию, излучающую квазигармонический сигнал, приемную позицию и рабочее место оператора. Причем приемная позиция состоит из последовательно соединенных приемной антенны с многолучевой диаграммой направленности, обращенной в сторону передающей позиции и N приемных каналов (по числу лучей диаграммы направленности приемной антенны), блока измерения пеленга, блока формирования траектории и распознавания классов воздушных целей. Каждый из N приемных каналов состоит из последовательно соединенных приемника, устройства режекции прямого сигнала передатчика и пассивных помех и блока измерения частоты Доплера. Недостаток бистатического радиолокатора состоит в формировании узкополосного специализированного квазигармонического сигнала, а также узкой пространственной зоны просветного обнаружения, формируемого одним передатчиком. Поэтому для создания широкого поля обнаружения «на просвет» необходимо развертывание большого количества передающих позиций. Применение известного аналога для локации целей в поле подсвета иных, например связных и широковещательных, источников подсвета безрезультатно. Так, структура сигнала стандарта GSM не является квазигармонической и содержит дискретные битовые, слоговые и кадровые составляющие [1]. Дискретная структура сигнала не позволит реализовать техническое решение, приведенное в аналоге, в секторах, выходящих за пределы просветной зоны, а также за пределами зоны наложения минимального битового дискрета прямого и отраженного сигналов GSM [2].Known bistatic radar station with detection "in the light" (Eurasian patent No. 007143, 2004.12.23 G01S 13/06, G01S 7/42) containing a transmitting position emitting a quasi-harmonic signal, a receiving position and the operator's workplace. Moreover, the receiving position consists of a series-connected receiving antenna with a multi-beam radiation pattern facing the transmitting position and N receiving channels (by the number of rays of the radiation pattern of the receiving antenna), a bearing measuring unit, a trajectory formation unit, and recognition of classes of air targets. Each of the N receiving channels consists of a receiver connected in series, a direct transmitter signal and passive interference rejection device, and a Doppler frequency measurement unit. The disadvantage of a bistatic radar is the formation of a narrow-band specialized quasi-harmonic signal, as well as a narrow spatial zone of the transmissive detection, formed by a single transmitter. Therefore, to create a wide field of detection "in the light" it is necessary to deploy a large number of transmitting positions. The use of a well-known analog for locating targets in the illumination field of other, for example, connected and broadcast, illumination sources is inconclusive. So, the signal structure of the GSM standard is not quasi-harmonic and contains discrete bit, syllable, and frame components [1]. The discrete structure of the signal will not allow to implement the technical solution presented in the analogue in sectors beyond the limits of the luminal zone, as well as outside the overlapping zone of the minimum bit discrete of the direct and reflected GSM signals [2].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели, выбираемым в качестве прототипа, является радиолокационная станция со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM (Патент на полезную модель №144831, G01S 13/06, G01S 7/42), содержащая разнесенные в пространстве, как минимум, одну базовую станцию и пассивный приемный модуль, предназначенный для обнаружения, обработки, отображения и передачи радиолокационной информации. Недостатком радиолокационной станции является невозможность обнаружения целей в секторах и эшелонах со слабым или отсутствующим сигналом сотовой связи стандарта GSM.The closest technical solution to the proposed utility model, selected as a prototype, is a radar station with third-party illumination of GSM cellular networks (Utility Model Patent No. 144831, G01S 13/06, G01S 7/42), containing in space, as at least one base station and a passive receiving module designed to detect, process, display and transmit radar information. A disadvantage of a radar station is the inability to detect targets in sectors and levels with a weak or absent GSM signal.

Целью заявляемого изобретения является усиление подсвечивающего сигнала стандарта GSM в направлениях и эшелонах со слабым или отсутствующим покрытием сетей сотовой связи до требуемого уровня мощности, необходимого для расширения пространственных показателей РЛС.The aim of the invention is the amplification of the illuminating signal of the GSM standard in directions and echelons with little or no coverage of cellular networks to the required power level necessary to expand the spatial performance of the radar.

Указанная цель достигается тем, что в радиолокационную станцию со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM, состоящую из разнесенных в пространстве не менее одной базовой станции сотовой связи и пассивного приемного модуля, предназначенного для обнаружения, обработки, отображения и передачи радиолокационной информации, дополнительно введено устройство формирования направленного подсвета в составе последовательно соединенных приемной антенны, репитера и передающей направленной антенны.This goal is achieved by the fact that in a radar station with third-party illumination of GSM standard cellular networks, consisting of at least one cellular base station spaced in space and a passive receiving module designed to detect, process, display and transmit radar information, an additional device is introduced the formation of directional illumination in the series-connected receiving antenna, repeater and transmitting directional antenna.

Приведенная совокупность признаков отсутствует в исследованной патентной и научно-технической литературе по данному вопросу, следовательно, предложенные технические решения соответствуют критерию «новизна».The given set of features is absent in the studied patent and scientific and technical literature on this issue, therefore, the proposed technical solutions meet the criterion of "novelty."

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-3.The invention is illustrated by figures 1-3.

Фиг. 1 - блок- схема заявляемого технического решения.FIG. 1 is a block diagram of the claimed technical solution.

Фиг. 2 - схема, поясняющая принцип работы заявляемого технического решения.FIG. 2 is a diagram explaining the principle of operation of the proposed technical solution.

Фиг. 3 - экспериментальные спектры сигнала стандарта GSM при формировании направленного подсвета. Аппаратура радиолокационной станции по фиг. 1 состоит из разнесенных в пространстве не менее одной базовой станции (БС) сотовой связи 1, пассивного приемного модуля 2, устройства формирования направленного подсвета 3 в составе последовательно соединенных приемной антенны 4, репитера 5 и передающей направленной антенны 6.FIG. 3 - experimental spectra of a signal of the GSM standard in the formation of directional illumination. The radar equipment of FIG. 1 consists of spatially distributed at least one base station (BS) of cellular communication 1, a passive receiving module 2, a device for generating directional illumination 3 consisting of a series-connected receiving antenna 4, repeater 5 and transmitting directional antenna 6.

Заявляемая радиолокационная станция со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM с устройством формирования направленного подсвета работает следующим образом (фиг. 2).The inventive radar station with third-party illumination of cellular networks of GSM standard with a device for generating directional illumination works as follows (Fig. 2).

Базовая станция сотовой связи 1, посредством своей узкой в вертикальной и слабонаправленной в горизонтальной плоскостях диаграммы направленности антенны, формирует прижатую к Земле зону подсвета 7. Пассивный приемный модуль, посредством своей узкой диаграммы направленности антенны, формирует зону обзора 8, перекрывающуюся с зоной подсвета 7. Вследствие ограниченной высоты формирования зоны подсвета и обзора, объектами РЛС могут являться цели, находящиеся в приземном пространстве, например автомобили, суда, воздушные объекты на предельно малых высотах. Устройство формирования направленного подсвета 3 позволяет расширить зону обзора 8 пассивного приемного модуля, например в угломестной плоскости. Для этого приемная антенна 4 формирователя направленного подсвета 3 принимает сигнал базовой станции, который затем усиливается в репитере 5 и переизлучается передающей направленной антенной 6. Передающая направленная антенна 6 формирует зону направленного подсвета 9, не перекрывающуюся с зоной подсвета базовой станции, например выше зоны подсвета 7. При этом репитер осуществляет усиление сигналов сотовой связи стандарта GSM в выделенной полосе, например для стандарта GSM 900 в полосе 935-960 МГц. Тем самым исключается возможность оказания взаимных помех базовых станций и устройства формирования направленного подсвета при существующей сети территориально-частотного планирования. Сформированная устройством 3 зона направленного подсвета 9 позволяет увеличить пространственные показатели обнаружения РЛС и обеспечить возможность обнаружения воздушных целей на малых и средних высотах за счет увеличения зоны обнаружения с угла места β1 на больший угол места β2.The cellular base station 1, by means of its narrow antenna pattern in the vertical and slightly directional horizontal planes, forms the backlight zone 7. The passive receiving module, through its narrow antenna pattern, forms the field of view 8 overlapping with the backlight zone 7. Due to the limited height of the formation of the illumination and viewing zones, the objects of the radar can be targets located in the surface space, for example, cars, ships, airborne objects to the limit about low altitudes. The device for forming directional illumination 3 allows you to expand the field of view 8 of the passive receiving module, for example in an elevation plane. To this end, the receiving antenna 4 of the directional illumination driver 3 receives a signal from the base station, which is then amplified in the repeater 5 and re-emitted by the transmitting directional antenna 6. The transmitting directional antenna 6 forms a zone of directional illumination 9 that does not overlap with the illumination zone of the base station, for example, above the illumination zone 7 At the same time, the repeater amplifies the GSM signals in the allocated band, for example, for the GSM 900 standard in the band 935-960 MHz. This excludes the possibility of mutual interference between the base stations and the device for the formation of directional illumination with the existing network of spatial planning. Formed by the device 3, the directional illumination zone 9 allows to increase the spatial indicators of radar detection and to provide the ability to detect air targets at low and medium altitudes by increasing the detection zone from elevation angle β1 to a larger elevation angle β2.

Результаты экспериментально полученных спектрограмм направленного подсвета с помощью репитера Picocell 900 SXL и направленной передающей антенны ANT-900-LY приведены в фиг. 3а-в.The results of experimentally obtained spectrograms of directional illumination using a Picocell 900 SXL repeater and the ANT-900-LY directional transmitting antenna are shown in FIG. 3a-c.

Схема эксперимента приведена на фиг. 3а. Формирователь выполнен с той особенностью, что направленная передающая антенна ANT-900-LY 10 подключена к N разъему репитера 11 MS (со стороны включения антенны мобильной станции). При этом через N разъем BS репитера (со стороны базовой станции), аттенюатор 12 подключена приемная ненаправленная антенна 13. Аттенюатор позволяет исключить возможность самовозбуждения репитера. Оценка спектральных составляющих осуществлялась анализатором спектра 14 типа Signal Hound USB -SA-44B. На фиг. 3б приведен спектр излучения базовых станций при выключенном репитере.The experimental design is shown in FIG. 3a. The shaper is made with the feature that the ANT-900-LY 10 directional transmit antenna is connected to the N connector of the MS repeater 11 (from the turn-on side of the mobile station antenna). Moreover, through the N connector BS of the repeater (from the base station), the attenuator 12 is connected to a receiving non-directional antenna 13. The attenuator eliminates the possibility of self-excitation of the repeater. The spectral components were evaluated by a Signal Hound USB-SA-44B spectrum analyzer 14. In FIG. 3b shows the emission spectrum of base stations with the repeater turned off.

На фиг. 3б приведен спектр излучения базовых станций при выключенном репитере. На фиг. 3в приведен спектр излучения базовых станций при включенном репитере с коэффициентом усиления 70 дБ и с аттенюатором 30 дБ. На рис. 3г приведен спектр излучения базовых станций, наблюдаемый на анализаторе 14 со стороны бокового излучения передающей антенны 10. Анализ фигур 3в-г в позволяет сделать вывод о возможности формирования направленного подсвета посредством описанного технического решения.In FIG. 3b shows the emission spectrum of base stations with the repeater turned off. In FIG. Figure 3c shows the emission spectrum of base stations with the repeater turned on with a gain of 70 dB and an attenuator of 30 dB. In fig. Figure 3g shows the emission spectrum of base stations observed on the analyzer 14 from the side radiation of the transmitting antenna 10. Analysis of figures 3c-cc allows us to conclude that it is possible to form directional illumination by means of the described technical solution.

Claims

A radar station based on GSM cellular networks with a directional illumination generating device, consisting of at least one GSM standard cellular communication station and a passive receiving module for detecting, processing, displaying and transmitting information, characterized in that an additional generating device is introduced directional illumination as part of a series-connected receiving antenna, repeater and transmitting directional antenna.