ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 1994 года по МПК G01S3/46 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пеленгации источников излучения фазоманипулированных (ФМн) сигналов.

Известные устройства для пеленгации источников излучения сигналов основаны на использовании трех приемных каналов, два из которых снабжены направленными антеннами, а третий ненаправленной антенной (см. авт. св. СССР N 558584, G 01 S 3/40, 1973); двух приемных каналов с ненаправленными антеннами (см. Космические траекторные измерения. - Под ред. П. А. Агаджанова и др. М. : Сов. радио, 1969, с. 244, рис. 7.2); антенны, имеющей кардиодную или восьмеричную диаграмму направленности (см. авт. св. N 164326, кл. G 01 S 3/10, 1958); осциллографического индикатора (авт. св. N 375579, кл. G 01 R 25/00, 1971).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является фазометрический пеленгатор (Космические траекторные измерения. Под ред. П. А. Агаджанова и др. М. : Сов. радио, 1969, с. 244, рис. 7.2), который содержит две антенны, два смесителя, гетеродин, смеситель опорных биений, смеситель биений сигналов и фазометр. Указанный пеленгатор построен по супергетеродинной схеме, которая имеет дополнительный (зеркальный) канал приема. Это обусловлено тем, что одно и то же значение промежуточной частоты f_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f_с и f_з, т. е.

f_пр = f_г - f_с и f_пр = f_з - f_г.

Следовательно, если частоту настройки f_с принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место и зеркальный канал приема, частота f_з которого отличается от частоты f_с и 2f_пр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты f_г гетеродина. Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу приема. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехозащищенность пеленгатора. Как правило, дополнительный (зеркальный) канал приема подавляется различными техническими средствами. Однако с точки зрения расширения диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина целесообразно не подавлять, а использовать дополнительный (зеркальный канал приема).

Целью изобретения является расширение диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены блок поиска, первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители промежуточной частоты, первый, второй и третий амплитудные детекторы, первый, второй и третий ключи, третий и четвертый перемножители, третий и четвертый узкополосные фильтры, второй и третий фазометры, причем входы первого и второго гетеродинов соединены с выходом блока поиска, к выходу первого смесителя последовательно подключены первый усилитель промежуточной частоты и первый ключ, второй вход которого через первый амплитудный детектор соединен с выходом пятого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом пятого усилителя промежуточной частоты, к выходу первого смесителя последовательно подключены второй усилитель промежуточной частоты, второй амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого через пятый усилитель промежуточной частоты соединен с выходом второго смесителя, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, четвертый узкополосный фильтр и третий фазометр, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, к выходу второго смесителя последовательно подключены четвертый усилитель промежуточной частоты, третий амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого через третий усилитель промежуточной частоты соединен с выходом первого смесителя, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя промежуточной частоты, третий узкополосный фильтр и второй фазометр, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - частотная и временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Пеленгатор содержит первую и вторую антенны 1 и 2, первый и второй приемники 3 и 4, первый и второй смесители 5 и 6, блок 7 поиска, первый и второй гетеродины 8 и 9, первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители 10-14 промежуточной частоты, первый, второй и третий амплитудные детекторы 15-17, первый, второй и третий ключи 18-20, первый, второй, третий и четвертый перемножители 21-24, первый, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры 25-28, первый, второй и третий фазометры 29-31.

Причем к выходу антенны 1 последовательно подключены приемник 3, смеситель 5, второй вход которого через гетеродин 8 соединен с выходом блока 7 поиска, усилитель 10 промежуточной частоты, ключ 18, второй вход которого через амплитудный детектор 15 соединен с выходом усилителя 14 промежуточной частоты, перемножитель 22, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 промежуточной частоты, узкополосный фильтр 26 и фазометр 29, второй вход которого через последовательно включенные перемножитель 21 и узкополосный фильтр 25 соединен с выходами гетеродинов 8 и 9, к выходу антенны 2 последовательно подключены приемник 4, смеситель 6, второй вход которого через гетеродин 9 соединен с выходом блока 7 поиска, усилитель 14 промежуточной частоты, ключ 20, второй вход которого через последовательно включенные усилитель 11 промежуточной частоты и амплитудный детектор 16 соединен с выходом смесителя 5, перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом усилителя 11 промежуточной частоты, узкополосный фильтр 28 и фазометр 31, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 25, к выходу смесителя 5 последовательно подключены усилитель 12 промежуточной частоты, ключ 19, второй вход которого через последовательно включенные усилитель 13 промежуточной частоты и амплитудный детектор 17 соединен с выходом смесителя 6, перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом усилителя 13 промежуточной частоты, узкополосный фильтр 27 и фазометр 30, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 25.

Пеленгатор работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона D_f осуществляется с помощью блока 7 поиска, который периодически с периодом Т_n по пилообразному закону синхронно перестраивает гетеродины 8 и 9. В качестве блока 7 поиска может быть использован генератор пилообразного напряжения или электрический мотор. Ключи 18, 19 и 20 в исходном состоянии всегда закрыты. С выходов антенн 1 и 2 через приемники 3 и 4 на первые входы смесителей 5 и 6 поступают принимаемые сложные сигналы: например с фазовой манипуляцией (ФМн):
u₁(t) = U_c cos [2π f_ct + ϕ_K(t) +ϕ₁] ,
u₂(t) = U_c cos [2 π f_ct + ϕ_K(t) + ϕ₂] , 0 ≅ t ≅ Т_с где U_c, f_c, T_c, ϕ₁, ϕ₂ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;
ϕ_К(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем ϕ_К(t) = const при К τ_u < t < < (К + 1) τ_u, и может изменяться скачком при t = K τ_u, т. е. на границах между элементарными посылками (К = 1, 2, . . . , N-1); τ_u, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с = N ˙ τ_u).

На вторые входы смесителей 5 и 6 соответственно с выходов гетеродинов 8 и 9 подаются напряжения
u_г1 ( t ) = U_г1 ˙ cos ( 2 π f_г1 t + π γ t² + ϕ_г1 ),
u_г2 ( t ) = U_г2 ˙ cos ( 2 π f_г2 t + π γ t² + ϕ_г2 ),
0 ≅ t ≅ Т_n, где U_г1 , U_г2 , f_г1 , f_г2 , ϕ_г1 , ϕ_г2 , - амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов;
γ = - скорость изменения частот гетеродинов (скорость просмотра заданного диапазона частот).

Причем частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 8 и 9 разнесены на удвоенные значения промежуточной частоты
f_г2 - f_г1 = 2f_пр и выбраны симметричными относительно частоты f_с основного канала приема
f_c- f_г1 = f_г2 -f_c = f_пр, что приводит к появлению второго зеркального канала на частоте f_з2 (см. фиг. 2).

Частота настройки f_н1 и полоса пропускания Δ f₁ усилителей 10, 12 и 14 промежуточной частоты выбраны следующим образом:
f_н1 = f_пр, Δ f₁ = f_пр.

Частота настройки f_н2 и полоса пропускания Δ f₂ узкополосных фильтров 25-28 выбраны следующим образом:
f_н2 = 2f_пр, Δ f₂ = 1/2 f_пр.

Частота настройки f_н3 и полоса пропускания Δ f₃ усилителей 11 и 13 промежуточной частоты выбраны следующим образом:
f_н3 = 3f_пр, Δ f₃ = f_пр
В смесителях 5 и 6 принимаемый сигнал преобразуется в напряжения следующих частот (см. фиг. 3, а):
f_c1 = f_c- f_г1 - γ t = f_пр- γ t,
f_c2 = f_г2+ γt-f_c = f_пр + γ t, где первый индекс - канал, по которому принимается сигнал;
второй индекс - номер гетеродина, участвующего в преобразовании несущей частоты принимаемого сигнала.

Усилителями 10, 12, 14 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
u_пр1 ( t ) = U_пр1 ˙ cos [ 2 π f_пр t +
+ ϕ_к ( t ) - π γ t² + ϕ_пр1 ] ,
u_пр2 ( t ) = U_пр2 ˙ cos [ 2 π f_пр t -
- ϕ_к ( t ) + π γ t² - ϕ_пр2 ] ,
0 ≅ t ≅ T_c, где U= K₁·U_c·U,
U= K₁·U_c·U,
К₁ - коэффициент передачи смесителей,
f_пр = f_c - f_г1 = f_г2 - f_c - промежуточная частота,
ϕ_пр1 = ϕ₁ - ϕ_г1 , ϕ_пр2 = ϕ₂ - ϕ_г2.

Напряжение u_пр2(t) с выхода усилителя 14 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 15, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий вход ключа 18, открывая его. При этом напряжение u_пр1(t) с выхода усилителя 10 промежуточной частоты поступает на первый вход перемножителя 22, на второй вход которого подается напряжение u_пр2(t) с выхода усилителя 14 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 22 образуется гармоническое напряжение
u₃₍t) = U₃ ˙ cos (4 π f_пр t + Δ ϕ_г + Δ ϕ₁ ),
0 ≅ t ≅ Т_с, где U₃= K₂·UU,
К₂ - коэффициент передачи перемножителя
f_г2 - f_г1 = 2f_пр,
Δ ϕ_г = ϕ_г1 - ϕ_г2,
Δ ϕ₁ = ϕ₁ - ϕ₂ - фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения ФМн сигнала.

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 26 и поступает на первый вход фазометра 29.

Напряжения u_г1(t) и u_г2(t) с выходов гетеродинов 8 и 9 поступают на два входа перемножителя 21, на выходе которого образуется гармоническое напряжение
u₄(t) = U₄ ˙ cos (4 π f_пр t + Δ ϕ_г), где U₄= K₂·UU.

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 25 и поступает на второй вход фазометра 29. Последний определяет разность фаз
Δϕ₁= ϕ₁-ϕ₂= 2sinβ, где d - расстояние между антеннами (измерительная база);
λ - длина волны;
β - угол прихода радиоволн.

Следовательно, если ФМн сигналы принимаются по основному каналу на частоте f_c, то фазовый сдвиг Δ ϕ₁, определяющий направление на источник их излучения, определяется фазометром 29.

Напряжения u_пр1(t) и u_пр2(t) с выходов усилителей 12 и 14 промежуточной частоты поступают соответственно на первые входы ключей 19 и 20. Так как в полосу пропускания Δ f₃ усилителей 11 и 13 промежуточной частоты напряжения u_пр1(t) и u_пр2(t) не попадают, то ключи 19 и 20 остаются в закрытом состоянии.

Если ФМн сигналы принимаются по первому зеркальному каналу на частоте f_з1
u₅(t) = U_з1 ˙ cos [ 2 π f_з1 t + ϕ_K ( t ) + ϕ₃] ,
u₆(t) = U_з1 ˙ cos [ 2 π f_з1 t + ϕ_K ( t ) + ϕ₄] ,
0 ≅ t ≅ T_з1, где U_з1 , f_з1 , T_з1 , ϕ₃ , ϕ₄ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов, то в смесителях 5 и 6 они преобразуются в напряжения следующих частот (см. фиг. 3, б):
f₁₁ = f_г1 + γ t - f_з1 = f_пр + γ t,
f₁₂ = f_г2 + γ t - f_з1 = 3 f_пр + γ t; которые попадают в полосы пропускания Δ f₁ и Δ f₃ усилителей 10, 12 и 13 промежуточной частоты
u_пр3 ( t ) = U_пр3 ˙ cos [ 2 π f_пр t -
- ϕ_к ( t ) + π γ t² - ϕ_пр3 ] ,
u_пр4 ( t ) = U_пр4 ˙ cos [ 6 π f_пр t -
- ϕ_к ( t ) + π γ t² - ϕ_пр4 ] ,
0 ≅ t ≅ T_з1, где U= K₁·UU;
U= K₁·UU;
f_пр = f_г1 - f_з1 - промежуточная частота;
ϕ_пр3 = ϕ₃ - ϕ_г1 , ϕ_пр = ϕ₄ - ϕ_г2.

Напряжение u_пр4(t) с выхода усилителя 13 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 17, где оно детектируется и поступает на управляющий вход ключа 19, открывая его. При этом напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 12 промежуточной частоты через открытый ключ 19 поступает на первый вход перемножителя 23, на второй вход которого подается напряжение u_пр4(t) с выхода усилителя 13 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 23 образуется гармоническое напряжение
u₇(t) = U₇ ˙ cos (4 π f_пр t + Δ ϕ_г + Δ ϕ₂ ),
0 ≅ t ≅ T_з1 где U₇= K₂·UU,
Δ ϕ₂ = ϕ₃ - ϕ₄.

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 27 и поступает на первый вход фазометра 30, на второй вход которого подается гармоническое напряжение u₄(t) с выхода узкополосного фильтра 25. Последний измеряет фазовый сдвиг Δ ϕ₂ = ϕ₃ - ϕ₄, определяющий направление на источник излучения ФМн сигналов, принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте f_з1.

Напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 10 промежуточной частоты поступает на первый вход ключа 18.

Так как в полосу пропускания Δ f₁ усилителя 14 промежуточной частоты напряжение не попадает, то ключ 18 остается в закрытом состоянии.

Если ФМн сигналы принимаются по второму зеркальному каналу на частоте f_з2
u₈(t) = U_з2 ˙ cos [ 2 π f_з2 t + ϕ_K ( t ) + ϕ₅] ,
u₉(t) = U_з2 ˙ cos [ 2 π f_з2 t + ϕ_K ( t ) + ϕ₆] ,
0 ≅ t ≅ T_з2, где U_з2 , f_з2 , T_з2 , ϕ₅ , ϕ₆ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов, то в смесителях 5 и 6 они преобразуются в напряжения следующих частот (см. фиг. 3, в):
f₂₁ = f_з2 - f_г1 - γ t = 3 f_пр - γ t,
f₂₂ = f_з2 - f_г2 - γ t = f_пр - γ t, которые попадают в полосу пропускания Δ f_з и Δ f₁ усилителей 11 и 14 промежуточной частоты
u_пр5 ( t ) = U_пр5 ˙ cos [ 6 π f_пр t +
+ ϕ_к ( t ) - π γ t² + ϕ_пр5 ] ,
u_пр6 ( t ) = U_пр6 ˙ cos [ 2 π f_пр t +
+ ϕ_к ( t ) - π γ t² + ϕ_пр6 ] ,
0 ≅ t ≅ T_з2, где U= K₁·UU;
U= K₁·UU;
f_пр = f_з2 - f_г2 - промежуточная частота;
ϕ_пр5 = ϕ₅ - ϕ_г1 , ϕ_пр6 = ϕ₆ - ϕ_г2.

Напряжение u_пр5(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 16, где оно детектируется и поступает на управляющий вход ключа 20, открывая его. При этом напряжение u_пр6(t) с выхода усилителя 14 промежуточной частоты через открытый ключ 20 поступает на первый вход перемножителя 24, на второй вход которого подается напряжение u_пр5(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 24 образуется гармоническое напряжение
u₁₀(t) = U₁₀˙ cos (4 π f_пр t + Δ ϕ_г + Δ ϕ₃ ), где U₁₀= K₂·UU ,
Δ ϕ₃ = ϕ₅ - ϕ₆.

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 28 и поступает на первый вход фазометра 31, на второй вход которого подается гармоническое напряжение u₄(t) с выхода узкополосного фильтра 25. Последний измеряет фазовый сдвиг Δ ϕ₃ = ϕ₅ - ϕ₆, определяющий направление на источник излучения ФМн сигналов, принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте f_з2.

Таким образом, предлагаемый пеленгатор по сравнению с прототипом обеспечивает расширение в три раза диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона перестройки гетеродинов. Это достигается использованием первого и второго зеркальных каналов приема, которые образуются за счет того, что частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты
f_г2 - f_г1 = 2f_пр, выбраны симметричными относительно частоты f основного канала
f_c - f_г1 = f_г2 - f_с = f_пр и перестраиваются синхронно. (56) Космические траекторные измерения. Под ред. П. А. Агаджанова и др. М. : Сов. радио, 1969, с. 244, рис. 7.2.

Использование: в радиотехнике для пеленгации источников излучения фазоманипулированных сигналов. Сущность изобретения: пеленгатор содержит антенны 1 и 2, приемники 3 и 4, смесители 5 и 6, блок поиска 7, гетеродины 8 и 9, усилители промежуточной частоты 10 - 14, амплитудные детекторы 15 - 17, ключи 18 - 20, перемножители 21 - 24, узкополосные фильтры 25 - 28, фазометры 29 - 31. Цель изобретения - расширение диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов. 3 ил.

ПЕЛЕНГАТОР , содеpжащий два канала пpиема, каждый из котоpых состоит из последовательно включенных антенны, пpиемника и смесителя, втоpой вход котоpого соединен с выходом гетеpодина, а также последовательно подключенные к выходу пеpвого гетеpодина пеpвый пеpемножитель, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, пеpвый узкополосный фильтp и пеpвый фазометp, втоpой вход котоpого чеpез втоpой узкополосный фильтp соединен с выходом втоpого узкополосного фильтpа, отличающийся тем, что, с целью pасшиpения диапазона частотного поиска сигналов без pасшиpения диапазона частотной пеpестpойки гетеpодинов, в него введены блок поиска, пеpвый, втоpой, тpетий, четвеpтый и пятый усилители пpомежуточной частоты, пеpвый, втоpой и тpетий амплитудные детектоpы, пеpвый, втоpой и тpетий ключи, тpетий и четвеpтый пеpемножители, тpетий и четвеpтый узкополосные фильтpы, втоpой и тpетий фазометpы, пpичем входы пеpвого и втоpого гетеpодинов соединены с выходом блока поиска, к выходу пеpвого смесителя последовательно подключены пеpвый усилитель пpомежуточной частоты и пеpвый ключ, втоpой вход котоpого чеpез пеpвый амплитудный детектоp соединен с выходом пятого усилителя пpомежуточной частоты, а выход подключен к пеpвому входу втоpого пеpемножителя, втоpой вход котоpого соединен с выходом пятого усилителя пpомежуточной частоты, к выходу пеpвого смесителя последовательно подключены втоpой усилитель пpомежуточной частоты, втоpой амплитудный детектоp, тpетий ключ, втоpой вход котоpого чеpез пятый усилитель пpомежуточной частоты соединен с выходом втоpого смесителя, четвеpтый пеpемножитель, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого усилителя пpомежуточной частоты, четвеpтый узкополосный фильтp и тpетий фазометp, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого узкополосного фильтpа, к выходу втоpого смесителя последовательно подключены четвеpтый усилитель пpомежуточной частоты, тpетий амплитудный детектоp, втоpой ключ, втоpой вход котоpого чеpез тpетий усилитель пpомежуточной частоты соединен с выходом пеpвого смесителя, тpетий пеpемножитель, втоpой вход котоpого соединен с выходом четвеpтого усилителя пpомежуточной частоты, тpетий узкополосный фильтp и втоpой фазометp, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого узкополосного фильтpа.