ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 1994 года по МПК G01S3/46 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для обнаружения, приема, пеленгации и анализа фазоманипулированных (ФМн) сигналов на фоне помех.

Известны устройства для пеленгации сигналов на фоне помех.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является пеленгатор, который обеспечивает прием, пеленгацию и анализ ФМн сигналов на фоне помех. При этом частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты
f_г2 - f_г1 = 2f_пр и выбираются симметричными относительно несущей частоты f_с принимаемого ФМн сигнала
f_c - f_г1 = f_г2 - f_c = _fпр.

Однако несущая частота f_с принимаемого ФМн сигнала изменяется под влиянием различных дестабилизирующих факторов. Нестабильность указанной частоты приводит к нарушению симметричных частот f_г1 и f_г2 гетеродинов 3 и 4 относительно несущей частоты f_c принимаемого ФМн сигнала, что снижает достоверность приема ФМн сигнала и точность пеленгации его излучения.

Целью изобретения является повышение точности измерения и приема фазоманипулированных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные первые амплитудный детектор, интегратор и пороговый блок, третий смеситель, выход которого через полосовой фильтр соединен с первым входом второго фазового детектора и через первый ключ с первым входом первого фазового детектора, выход первого гетеродина соединен с первыми входами первого и третьего смесителей, выход второго гетеродина соединен с вторыми входами второго и третьего смесителей, выход первого смесителя через умножитель частоты на два и первый усилитель подключен к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом первого гетеродина, выходы первого и второго пороговых блоков соединены соответственно с первым и вторым входами блока совпадений, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, выход второго смесителя через блок задержки соединен с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого смесителя, выход умножителя через вторые усилитель и ключ соединен с вторым входом первого фазового детектора и через фильтр низкой частоты и третий пороговый блок соединен с управляющим входом второго ключа, выходы первого и второго смесителей соединены с входами первого и второго амплитудных детекторов соответственно, выход первого фазового детектора является выходом устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных (зеркальных и комбинационных) каналов приема.

Пеленгатор содержит первый 1 и второй 2 приемники, первый 3 и второй 4 гетеродины, первый 5, второй 6 и третий 7 смесители, полосовой фильтр 8, первый 9 и второй 10 амплитудные детекторы, первый 11 и второй 12 интеграторы, первый 13 и второй 14 пороговые блоки, блок 15 совпадений, первый ключ 16, первый фазовый детектор 17, умножитель 18 частоты на два, блок 19 задержки, умножитель 20, второй усилитель 21, фильтр 22 низкой частоты, третий пороговый блок 23, второй ключ 24, второй усилитель 25 и второй фазовый детектор 26. Причем к выходу приемника 1(2) последовательно подключены смеситель 5(6), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 3(4), блок 15 совпадений, ключ 16 и фазовый детектор 17. К выходу гетеродина 3 последовательно подключены смеситель 7, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 4 и полосовой фильтр 8, выход которого соединен с вторым входом ключа 16. К выходу смесителя 6 последовательно подключены блок 19 задержки, умножитель 20, второй вход которого соединен с выходом смесителя 5, фильтр 22 низкой частоты, пороговый блок 23 и ключ 24, второй вход которого через усилитель 21 соединен с выходом умножителя 20, а выход подключен к второму входу фазового детектора 17.

Пеленгатор работает следующим образом.

На первые входы смесителей 5 и 6 с выходов приемников 1 и 2 поступают соответственно ФМн сигналы
u₁(t)= U_c˙cos(2πf_ct+ϕ_к+ϕ₁₎,
u₂(t)= U_c˙cos(2π f_ct+ϕ_к+ϕ₂),
0≅ t≅Т_с, где U_c, f_c, T_c, ϕ₁, ϕ₂ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;
ϕ_к = 0, π - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем ϕ_к = const при К τ_и < t < (К + 1) τ_п и может изменяться скачком при t = к τ_п. , т. е. на границах между элементарными посылками (К = 1, 2, . . . , N-1);
τ_п, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с = N ˙τ_п). На вторые входы смесителей 5 и 6 с выходов гетеродинов 3 и 4 подаются напряжения соответственно
u_г1(t) = U_г1 ˙cos(2πf_г1t+ϕ_г1),
u_г2(t) = U_г2 ˙cos(2πf_г2t+ϕ_г2), где U_г1, U_г2, f_г1, f_г2, ϕ_г1, ϕ_г2 - амплитуда, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов. Причем частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 3 и 4 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты
f_г2 - f_г1 = 2f_пр, и выбраны симметрично относительно несущей частоты fc принимаемых ФМн сигналов
f_c - f_г1 = f_г2 - f_c = f_пр. На выходе смесителей 5 и 6 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями выделяются только напряжения промежуточной (разностной) частоты
u_пр1(t) = U_пр1 ˙cos(2πf_прt+ϕ_к+ϕ_пр1), u_пр2(t) = U_пр2 ˙cos(2πf_прt-ϕ_к -ϕ_пр2),
0 ≅ t ≅ Т_с, где U_пр1 = 1/2 K₁U_cU_г1,
U_пр2 = 1/2 K₂U_с˙U_г2,
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. Указанные напряжения детектируются в амплитудных детекторах 9 и 10, накапливаются в интеграторах 11 и 12 и сравниваются с пороговым уровнем U_пор1 в пороговых блоках 13 и 14. Причем пороговый уровень U_пор1выбирается так, чтобы пороговые блоки 13 и 14 не срабатывали от случайных помех.

В случае приема ФМн сигнала по основному каналу на частоте f_c (см. фиг. 2) напряжения образуются одновременно на выходах пороговых блоков 13 и 14. Эти напряжения поступают на блок 15 совпадения, который срабатывает и своим выходным напряжением открывает ключ 16. Ключи 16 и 24 в исходном состоянии всегда закрыты.

Напряжения u_г1(t) и u_г2(t) с вторых выходов гетеродинов 3 и 4 поступают на смеситель 7, на выходе которого образуется напряжение
u₃(t) = U_г ˙cos[2π(f_г1+f_г2)t+
+ ϕ_г1+ϕ_г2] +U_г˙cos[2π(f_г2-f_г1)t+
+ϕ_г2-ϕ_г1] , где U_г = 1/2K₁U_г1U_г2. Полосовым фильтром 8 выделяется опорное напряжение
u_o(t) = U_г ˙cos(4πf_прt+Δϕ_г), где 2f_пр = f_г2 - f_г1, Δϕ_г= ϕ_г2-ϕ_г1, которое через открытый ключ 16 поступает на первый вход фазового детектора 17.

Напряжение u_пр1(t) с выхода смесителя 5 поступает на первый вход умножителя 20, на второй вход которого подается напряжение u_пр2(t), прошедшее через блок 19 задержки,
u_пр3(t) = u_пр2(t -τ) =
= U_пр2 ˙cos [ 2π f_пр(t - τ) -ϕ_к -ϕ_пр2] ,
0 ≅ t ≅ Т_с, где τ - время задержки блока 19 задержки.

На выходе умножителя 20 образуются напряжения суммарной и разностной частот. Полосовым усилителем 21 выделяется напряжение суммарной частоты
u_Σ(t)= U_Σcos(4πf_прt-2πf_прτ+
+Δϕ_г+Δϕ), 0≅t≅Т_с. где U_Σ = K₂·U_пр1·U_пр2
K₂ - коэффициент передачи перемножителя,
Δϕ = ϕ₁-ϕ₂= 2π sinγ_o - фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения;
d - расстояние между антеннами (измерительная база) (см. фиг. 3);
λ- длина волны;
γ_o - истинный пеленг. Регулируемый блок 19 задержки, умножитель 20 и фильтр 22 нижних частот образуют коррелятор. Получаемая на его выходе корреляционная функция R( τ) имеет максимум при значении
τ_o = t₁ - t₂ = ΔR/C , где t₁, t₂ - время прохождения сигналами расстояний от источника излучения до первой А и второй В антенн;
Δ R - разность расстояний от источника излучения до первой А и второй В антенн;
С - скорость распространения радиоволн.

При этом пороговый уровень U_пор2 в пороговом блоке 23 превышается только при максимальном значении корреляционной функции R( τ_o) и не превышается боковыми лепестками корреляционной функции R(τ ). При превышении порогового уровня U_пор2 в пороговом блоке 23 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 23 и открывает его. При это полезное напряжение с выхода полосового усилителя 21 через открытый ключ 24 поступает на второй вход фазового детектора 17, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение
uн(t) = Uн ˙сos(2πf_прτ_о+Δϕ_о), 0≅t≅T_c где U_н = K₃·U_Σ·U_г
К₃ - коэффициент передачи фазового детектора пропорциональное измеренному фазовому сдвигу.

Для обеспечения симметричности несущей частоты f_с относительно частот f_г1 и f_г2 гетеродинов 3 и 4 используется система фазовой автоподстройки частоты, состоящая из последовательно подключенных к выходу смесителя 5 умножителя 18 частоты на два, полосового усилителя 25 и фазового детектора 26, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 8, а выход подключен к управляющему входу гетеродина 3.

Преобразованный по частоте ФМн сигнал u_пр1(t) с выхода смесителя 5 одновременно поступает на вход умножителя 18 частоты на два, на выходе которого образуется следующее гармоническое колебание
u₄(t) = U_пр1 ˙cos(4πf_пр1t+2ϕ_пр1),
0≅t≅ T_c. Так как 2 ϕ_к = 0,2 π , то в указанном колебании фазовая манипуляция уже отсутствует. Гармоническое колебание u₄(t) выделяется полосовым усилителем 25 и поступает на первый вход фазового детектора 26, на второй вход которого подается опорное напряжение u_o(t) с выхода полосового фильтра 8. Если указанные напряжения отличаются друг от друга по частоте или фазе, то на выходе фазового детектора 26 образуется управляющее напряжение. Причем амплитуда и полярность этого напряжения зависят от степени и направления отклонения несущей частоты f_спринимаемого ФМн сигнала относительно частот f_г1 и f_г2 гетеродинов 3 и 4. Управляющее напряжение воздействует на гетеродин 3, изменяя его частоту f_г1 так, чтобы сохранялась симметричность несущей частоты f_сотносительно частот f_г1 и f_г2 гетеродинов 3 и 7
f_г2 - f_г1 = 2f_пр, f_c - f_г1 = f_г2 - _fс = _fпр.

Описанная работа пеленгатора соответствует случаю приема ФМн сигналов по основному каналу на частоте f_с.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте f_з1 или по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, то после преобразования по частоте он выделяется смесителем 5 или 6. При этом напряжение будет присутствовать только на выходе порогового блока 13 или 14. Блок 15 совпадения не сработает, ключ 16 не откроется, опорное напряжение не будет подаваться на фазовый детектор 17 и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому f_з1 или второму f_з2 зеркальным каналам, подавляется.

Если ложные сигналы (помехи) поступают одновременно по первому f_з1и второму f_з2 зеркальным каналам, то блок 15 совпадения срабатывает и ключ 16 открывается. При этом опорное напряжение u_o(t) поступает а первый вход фазового детектора 17. Однако на второй вход фазового детектора 17 в этом случае напряжение не подается. Это объясняется тем, что канальные напряжения образуются разными ложными сигналами (помехами), принимаемыми на разных зеркальных частотах f_з1 и f_з2. Между канальными напряжениями существует слабая корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора не превышает порогового уровня U_пор2 в пороговом блоке 23, ключ 24 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по зеркальным каналам на частотах f_з1 и f_з2, подавляются.

Если полезный ФМн сигнал принимается по основному каналу на частоте f_c, то блок 15 совпадения срабатывает, ключ 16 открывается и опорное напряжение поступает на первый вход синхронного детектора 17. В этом случае канальные напряжения u_пр1(t) и u_пр2(t) образуются одним и тем же сигналом и между ними существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора превышает пороговый уровень u_пор2 в пороговом блоке 23, ключ 24 открывается и полезный МФн сигнал поступает на сигнальный вход синхронного детектора 17.

Таким образом, предлагаемый пеленгатор по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения и приема фазомодулированного сигнала при изменении его несущей частоты.

Это достигается путем устранения нестабильности и несимметричности несущей частоты f_c принимаемого ФМн сигнала относительно частот f_г1 и f_г2 гетеродинов 3 и 4.

Использование: радиопеленгация. Сущность изобретения: пеленгатор содержит приемники 1, 2, гетеродины 3, 4, смесители 5 - 7, полосовой фильтр 8, амплитудные детекторы 9, 10, интеграторы 11, 12, пороговые блоки 13, 14, 23, блок совпадений 15, ключи 16, 24, фазовые детекторы 17, 26, умножитель частоты на два 18, блок задержки 19, умножитель 20, усилители 21, 25, ФНЧ 22. 2 ил.

ПЕЛЕНГАТОР, включающий первый и второй приемники, первый и второй смесители, первый фазовый детектор, первый и второй гетеродины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и приема фазоманипулированных сигналов, введены последовательно соединенные первый амплитудный детектор, интегратор и пороговый блок, последовательно соединенные второй амплитудный детектор, интегратор и пороговый блок, третий смеситель, выход которого через полосовой фильтр соединен с первым входом второго фазового детектора и через первый ключ с первым входом первого фазового детектора, выход первого гетеродина соединен с первыми входами второго и третьего смесителей, выход второго гетеродина соединен с вторыми входами второго и третьего смесителей, выход первого смесителя через умножитель частоты на два и усилитель подключен к второму входу второго фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом первого гетеродина, выходы первого и второго пороговых блоков соединены соответственно с первым и вторым входами блока совпадений, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, выход второго смесителя через блок задержки соединен с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого смесителя, выход умножителя через вторые усилитель и ключ соединен с вторым входом первого фазового детектора и через фильтр низкой частоты и третий пороговый блок соединен с управляющим входом второго ключа, выходы первого и второго смесителей соединены с входами первого и второго амплитудных детекторов соответственно, выход первого фазового детектора является выходом устройства.