Реалізація алгоритму пошуку кореляційного інтерферометричного пеленгатора засобами програмної платформи GNU радіо
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2023.2.02006Ключові слова:
SDR, GNU RADIO, пеленгатор, алгоритм кореляційного інтерферометруАнотація
У сфері розвитку сучасного радіообладнання широкого розповсюдження набула інтеграція програмно-визначених радіосистем (Software Defined Radio, SDR), що охоплюють як програмні, так і апаратні компоненти. SDR-системи, зокрема, знаходять застосування при створенні пеленгаторів джерел радіосигналів. Ефективність пеленгування та ідентифікації джерел радіовипромінювання значною мірою залежить від технічних характеристик обладнання. Для сучасних систем виявлення місцезнаходження джерел радіовипромінювання добре зарекомендували себе пеленгатори на основі кореляційного інтерферометра. Ці пеленгатори відмінно справляються з пеленгуванням широкого спектру радіосигналів, здатні розпізнавати широкосмугові модульовані сигнали. Вони можуть одночасно обробляти та ідентифікувати кілька сигналів в межах одного частотного каналу, що походять як від одного джерела радіосигналів (когерентні), так і від декількох джерел (некогерентні). Технологія SDR дозволяє програмно змінювати конфігурацію радіоприймача за допомогою програмного забезпечення. Такі приймачі мають широкосмуговий радіочастотний компонент зі значним динамічним діапазоном, високошвидкісний тракт аналого-цифрового перетворювача (АЦП), надійний сигнальний процесор і спеціалізований тракт цифрової фільтрації. SDR-приймачі адаптуються до сигналів різних стандартів і частот, залежно від конкретних завдань, що стоять перед ними. Програмна платформа GNU RADIO відома як найбільш гнучка програмна платформа з відкритим вихідним кодом для систем SDR. Ця стаття присвячена використанню програмної платформи GNU RADIO для реалізації алгоритму пошуку для пеленгатора кореляційного інтерферометра. Для реалізації пеленгатора з використанням алгоритму кореляційного інтерферометра було обрано SDR-платформу Ettus USRP N210. В даній роботі представлено двоканальну програмно-керовану модель пеленгатора, що працює за алгоритмом кореляційного інтерферометра. Результати вимірювань кута розміщення джерел радіосигналу дали індивідуальну абсолютну похибку в діапазоні від 2 до 4 градусів, при середній абсолютній похибці близько 3 градусів. Ці результати є досить похвальними для таких мобільних двоканальних систем. Хоча системи з чотирма і більше каналами можуть похвалитися вищою точністю, вони, як правило, мають нижчу економічну доцільність.
Завантажити
Посилання
Ghaemi K., Ma R., Behdad N.: A Small-Aperture, Ultrawideband HF/VHF Direction-Finding System for Unmanned Aerial Vehicles. IEEE Transactions on Antennas and Propagation 66(10), 2018, 5109–5120 [http://doi.org/10.1109/TAP.2018.2858210].
Liao B, Wen J, Huang L, Guo C, Chan S-C (2016) Direction finding with partly calibrated uniform linear arrays in nonuniform noise. IEEE Sens J 16(12):4882–4890 [DOI: 10.1109/TAP.2011.2173144].
Orduyilmaz A, Kara G, Gürel AE, Serin M, Yildirim A, Soysal G (2018) Real time four channel phase comparison direction finding method. In: 2018 26th signal processing and communications applications conference (SIU). IEEE Press, Izmir, pp 1–4 Design Concepts for Mobile Computing Direction Finding Systems [DOI: 10.1109/SIU.2018.8404590].
Oleksiy Polikarovskykh, Juliy Boiko, Vitalii Tkachuk, Hanna Yehoshyna, Yurii Daus, "Neural Network Method of Directing Finder Signals Processing in Perimeter Protection Systems", 2023 13th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), pp.488-491, 2023.
Jensen M. A., Mahmood A., Mehmood R.: A compact low-cost direction-finding system for unmanned aerial vehicles. Proceedings of 12th European Conference on Antennas and Propagation EuCAP 2018, London 2018, 1–4 [http://doi.org/10.1049/cp.2018.0983].
Wong K. T., "Direction finding/polarization estimation-dipole and/or loop triad(s)", IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 37, no. 2, pp. 679-684, Apr. 2001. [DOI: 10.1109/7.937478].
Lee J-H, Kim J-K, Ryu H-K, Park Y-J (2018) Multiple array spacings for an interferometer direction finder with high direction-finding accuracy in a wide range of frequencies. IEEE Antennas Wirel Propag Lett 17(4):563–566 [DOI: 10.1109/LAWP.2018.2803107].
Mollai S, Farzaneh F (2019) Wideband two-dimensional interferometric direction-finding algorithm using base-triangles and a proposed minimum planar array. AEU-Int J ElectronC 105:163–170 [https://doi.org/10.1016/j.aeue.2019.04.017].
Sobhani G, Pezeshk AM, Behnia F, Sadeghi M (2021) Joint detection of carrier frequency and direction of arrival of wide-band signals using sub-nyquist sampling and interferometric direction finding. AEU—Int J Electron Commun 139:153926 [https://doi.org/10.1016/j.aeue.2021.153926].
GNU Radio. The Free & Open Soft Radio Ecosystem. URL: https://www.gnuradio.org
Stewart R.W., Crockett L., Atkinson D., Barlee K., Crawford D., Chalmers I., et al. A low-cost desktop software defined radio design environment using MATLAB, simulink, and the RTL-SDR //IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 64–71. [DOI:10.1109/MCOM.2015.7263347].
Wyglinski A.M., Orofino D.P., Ettus M.N., Rondeau T.W. Revolutionizing software defined radio: case studies in hardware, software, and education // IEEE Communications Magazine. 2016. Vol. 54. Iss. 1. PP. 68–75. [DOI:10.1109/MCOM.2016.7378428].
Belisle C., Kovarik V., Pucker L., Turner M. The software communications architecture: two decades of software radio technology innovation // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 9. PP. 31–37. DOI:10.1109/MCOM.2015.7263343.
Bilén S.G., Wyglinski A.M., Anderson C., Cooklev T., Dietrich C.B., Farhang-Boroujeny B., et al. Software-Defined Radio: A New Paradigm for Integrated Curriculum Delivery // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 184–193. [DOI:10.1109/MCOM.2014.6815911].
Ettus Research. URL: https://www.ettus.com
El-Hajjar M., Nguyen Q.A., Maunder R.G., Ng S.X. Demonstrating the Practical Challenges of Wireless Communications Using USRP // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 184–193. [DOI:10.1109/MCOM.2014.6815911].
Stockbroeckx B., Vander Vorst A.: Copolar and cross-polar radiation of Vivaldi antenna on dielectric substrate. IEEE Transactions on Antennas and Propagation 48(1), 2000, 19–25 [http://doi.org/10.1109/8.827381].
Kazici S., Loutridis A., Caratelli D.: A Novel Class of Super-Elliptical Vivaldi Antennas with Enhanced Radiation Properties. IEEE International Symposiumon Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting, Atlanta 2019, 259–260 [http://doi.org/10.1109/APUSNCURSINRSM.2019.8888948].
Bilén S.G., Wyglinski A.M., Anderson C., Cooklev T., Dietrich C.B., Farhang-Boroujeny B., et al. Software-Defined Radio: A New Paradigm for Integrated Curriculum Delivery // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 184–193. [DOI:10.1109/MCOM.2014.6815911].
Petrova M., Achtzehn A., Mähönen P. System-oriented communications engineering curriculum: teaching design concepts with SDR platforms // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 5. PP. 202–209. [DOI:10.1109/MCOM.2014.6815913].
Kim JS, Woong Woo D, Jeong H-C, Choi G-G, Kim SS (2019) A compact radome mounted monopulse antenna for direction-finding applications. In: 2019 IEEE international symposium on antennas and propagation and USNC-URSI radio science meeting. IEEE Press, Atlanta, pp. 2197–2198 [DOI: 10.1109/APUSNCURSINRSM.2019.8888393].
Ko C-B, Lee J-H (2018) Performance of ESPRIT and root-MUSIC for angle-of-arrival (AOA) estimation. In: 2018 IEEE world symposium on communication engineering (WSCE). IEEE Press, Singapore, pp 49–53 [DOI: 10.1109/WSCE.2018.8690541].
Li W, Zhu Z, Gao W, Liao W (2022) Stability and super-resolution of MUSIC and ESPRIT for multi-snapshot spectral estimation. IEEE Trans Signal Process 70:4555–4570 [DOI: 10.1109/TSP.2022.3204454].
Chan YT, Lee BH, Inkol R, Yuan Q (2001) Direction finding with a four-element Adcock-Butler matrix antenna array. IEEE Trans Aerosp Electron Syst 37(4):1155–1162 [DOI: 10.1109/7.976956].
Othman MAB, Belz J, Farhang-Boroujeny B (2017) Performance analysis of matched filter bank for detection of linear frequency modulated chirp signals. IEEE Trans Aerosp Electron Syst 53(1):41–54 [DOI: 10.1109/TAES.2017.2649162].
Abd El-Alim OA, Agrama EE, Ezz-El-Arab ME (1991) Second-order discriminant function for amplitude comparison monopulse antenna systems (EW antenna array). IEEE Trans Instrum Meas 40(3):596–600 [DOI: 10.1109/19.87025].
Bailey M. C., Campbell T. G., Reddy C. J., Kellogg R. L. and Nguyen P., "Compact wideband direction-finding antenna", IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 54, no. 6, pp. 44-68, Dec. 2012. [DOI: 10.1109/MAP.2012.6387781].
P. E. Pace, D. Wickersham, D. C. Jenn and N. S. York, "High-resolution phase sampled interferometry using symmetrical number systems", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 49, no. 10, pp. 1411-1423, Oct. 2001. [DOI: 10.1109/8.954930].
J. H. Lee, J. Lee and J. Woo, "Method for obtaining three- and four-element array spacing for interferometer direction-finding system", IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 15, pp. 897-900, 2016. [DOI: 10.1109/LAWP.2015.2479224].
J. H. Lee and J. Woo, "Interferometer direction-finding system with improved DF accuracy using two different array configurations", IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 14, pp. 719-722, 2015. [DOI: 10.1109/LAWP.2014.2377291].
C.-S. Park and D.-Y. Kim, "The fast correlative interferometer direction finder using I/Q demodulator", Proc. Asia-Pac. Conf. Commun., pp. 1-5, 2006. [DOI: 10.1109/APCC.2006.255915].
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Безпека інфокомунікаційних систем та Інтернету речей
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
