ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО СИГНАЛА РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 1995 года по МПК G01S7/36 G01S3/10 

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в приемных трактах наземных станций импульсно-фазовых радионавигационных систем стационарного базирования типа Лоран-С, а также в приемных трактах стационарных наземных контрольных пунктов импульсно-фазовой радионавигационной системы.

Наземные станции импульсно-фазовой радионавигационной системы (ведущая и ведомые) излучают в строго определенные моменты времени и в заданной последовательности сигналы, которые используются потребителями для определения своего местоположения. Для импульсно-фазовой радионавигационной системы Лоран-С эти сигналы представляют собой радиоимпульсы колоколообразной формы с несущей частотой 100 кГц. Излучение сигналов ведомыми станциями осуществляется исходя из временной диаграммы приема сигналов ведущей станции. При этом на каждой из ведомых станций принимают сигнал ведущей станции, определяют (измеряют) его временное положение, затем через определенный промежуток времени, который определяет разнесение излучений, излучают "свой" сигнал. Точность временного излучения при этом зависит от точности измерения временного положения принимаемого сигнала ведущей станции, которая, в свою очередь, зависит от помех, принимаемых вместе с полезным сигналом.

Полезным сигналом импульсно-фазовой радионавигационной системы является сигнал, излученный передающей станцией радионавигационной системы и распространяющийся вдоль поверхности Земли, а помехой - сигнал этой же станции, отраженный от ионосферы, который при приеме накладывается на полезный поверхностный сигнал и искажает его. Помехами также являются принимаемые вместе с полезными сигналами радионавигационной системы сигналы других радиотехнических средств, работающих в том же диапазоне частот, что и импульсно-фазовая радионавигационная система.

Известно приемное устройство сигнала импульсно-фазовой радионавигационной системы, содержащее последовательно соединенные ненаправленную антенну, полосовой фильтр и блок режекторных фильтров. Антенна служит для приема поверхностных (полезных) сигналов, излученных наземной передающей станцией импульсно-фазовой радионавигационной системы. Антенна также принимает отраженные от ионосферы мешающие сигналы, излученные наземной передающей станцией радионавигационной системы, и помехи, создаваемые другими радиотехническими средствами. Полосовой фильтр и блок режекторных фильтров являются средствами помехозащиты. Полосовой фильтр, согласованный по полосе пропускания со спектром полезного сигнала, осуществляет подавление внеполосных помех. Блок режекторных фильтров осуществляет подавление помех, попадающих в полосу пропускания полосового фильтра. Для этого блок содержит последовательно соединенные режекторные фильтры, каждый из которых настроен на частоту подавляемой помехи. Подавление помехи режекторным фильтром осуществляется за счет частотной режекции пораженного помехой участка спектра сигнала, при этом чем шире полоса частот у подавляемой помехи, тем шире должна быть полоса режекции у режекторного фильтра. Подавление помехи режекторным фильтром сопровождается искажением полезного сигнала из-за вырезания части его спектра. При этом чем шире полоса режекции, тем искажения сигнала больше. Допускаемый уровень искажений сигнала ограничивает предел возможного расширения полосы режекции режекторного фильтра и, следовательно, помехозащищенности устройства по отношению к широкополосным помехам, в частности, к отраженным от ионосферы сигналам передающей станции радионавигационной системы.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности по отношению к отраженным от ионосферы сигналам передающей станции радионавигационной системы при приеме поверхностных сигналов этой же станции.

Сущность изобретения состоит в том, что в приемное устройство сигнала радионавигационной системы, содержащее последовательно соединенные направленную антенну, первый полосовой фильтр и блок режекторных фильтров, введены последовательно соединенные направленная антенна, усилитель, второй полосовой фильтр, блок выделения узкополосных помех и блок вычитания, другой вход которого соединен с выходом блока режекторных фильтров, селективный вольтметр, блок индикации и последовательно соединенные дополнительная направленная антенна, согласующий усилитель, дополнительный полосовой фильтр, блок подавления узкополосных помех и дополнительный аттенюатор, выход которого подключен к дополнительному входу блока вычитания, выход которого соединен с входами блока индикации и селективного вольтметра, при этом дополнительная направленная антенна выполнена в виде горизонтального вибратора, ось которого совпадает с направлением на передающую станцию радионавигационной системы.

На фиг. 1 представлена структурная схема приемного устройства; на фиг. 2 - схема ориентирования диаграммы направленности основной направленной антенны ведомой ("В") наземной станции относительно ведущей ("A") станции радионавигационной системы; на фиг. 3 - схема ориентирования диаграммы направленности дополнительной направленной антенны ведомой ("В") наземной станции по отношению к плоскости распространения поверхностных сигналов, излучаемых ведущей ("A") станцией радионавигационной системы.

Приемное устройство сигнала радионавигационной системы содержит последовательно соединенные направленную антенну 1, первый фильтр 2, блок 3 режекторных фильтров 4 и блок 5 вычитания, выход которого является выходом устройства, а также последовательно соединенные основную направленную антенну 6, усилитель 7 второй фильтр 8 и блок 9 выделения узкополосных помех, выход которого подключен к инверсному (вычитающему) входу блока 5 вычитания.

Блок 9 выделения узкополосных помех содержит N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные узкополосный полосовой фильтр 10 и аттенюатор 11, выходы аттенюаторов подключены к соответствующим N входам сумматора 12. Входом блока 9 выделения узкополосных помех являются объединенные входы фильтров 10, а выходом блока 9 - выход сумматора 12.

К выходу блока 5 вычитания подключен селективный вольтметр 13.

Устройство содержит также последовательно соединенные дополнительную направленную антенну 14, выполненную в виде горизонтального вибратора, ось которого совпадает с направлением на передающую станцию радионавигационной системы, согласующий усилитель 15, дополнительный (третий) фильтр 16, блок 17 подавления узкополосных помех и дополнительный аттенюатор 18, выход которого подключен к дополнительному вычитающему входу блока 5 вычитания, а также блок 19 индикации, вход которого подключен к выходу блока 5 вычитания.

Ненаправленная антенна 1 представляет собой штырь, расположенный перпендикулярно поверхности Земли (вертикальный штырь). Направленная антенна 6 выполнена в виде рамки, диаграмма направленности которой (фиг. 2, "В") ориентирована своим нулем на передающую станцию радионавигационной системы (фиг. 2, "A"). Дополнительная направленная антенна 14 представляет собой вибратор, расположенный параллельно земной поверхности (горизонтальный вибратор), ось которого совпадает с направлением на передающую станцию радионавигационной системы. Нуль диаграммы направленности дополнительной антенны 14 (фиг. 3, "В") располагается в горизонтальной плоскости, т.е. в плоскости распространения поверхностных сигналов, излучаемых передающей станцией радионавигационной системы (фиг. 3, "A").

Устройств работает следующим образом.

Антенна 1 служит для приема поверхностных (полезных) сигналов, излученных стационарной наземной передающей станцией импульсно-фазовой радионавигационной системы (напpимер, радиоимпульсных сигналов колоколообразной формы с несущей частотой 100 кГц радионавигационной системы Лоран-С). Антенна 1 принимает также отраженные от ионосферы мешающие сигналы, излученные этой же станцией радионавигационной системы. Вследствие загруженности частотного диапазона, используемого импульсно-фазовой радионавигационной системой, прием полезных сигналов сопровождается помехами со стороны других радиотехнических средств. Эти помехи по отношению к полезным сигналам радионавигационной системы представляют собой, как правило, узкополосные колебания.

С выхода антенны 1 принятые сигналы радионавигационной системы (полезные поверхностные и мешающие отраженные от ионосферы сигналы) в сумме с узкополосными помехами, отличающимися по интенсивности и расположению по частотному диапазону, поступают на вход фильтра 2. Фильтр 2 имеет характеристику полосового фильтра, согласованную по полосе пропускания со спектром сигнала радионавигационной системы. Например, для сигнала радионавигационной системы Лоран-С полоса пропускания фильтра 2 выбирается в пределах 35-40 кГц. Фильтр 2 осуществляет подавление помех в своей полосе задерживания. С выхода фильтра 2 сигналы радионавигационной системы в сумме с узкополосными помехами, попадающими в полосу пропускания фильтра 2, поступают на вход блока 3 режекторных фильтров. Режекторные фильтры 4 блока 3 первоначально отстроены по частоте за полосу пропускания фильтра 2. С выхода блока 3 сигналы радионавигационной системы (полезные поверхностные и мешающие отраженные от ионосферы) в сумме с узкополосными помехами поступают на сигнальный вход блока 5 вычитания, на вычитающие входы которого поступают компенсирующие колебания соответственно для компенсации узкополосных помех, приходящих с направлений, отличающихся от направлений на передающую станцию радионавигационной системы, и компенсации отраженных от ионосферы сигналов, излучаемых передающей станцией системы.

Компенсация узкополосных помех осуществляется следующим образом.

С помощью рамочной антенны 6 диаграмма направленности которой ориентирована своим нулем на передающую станцию радионавигационной системы (фиг. 2, "A"), принимаются помехи, создаваемые другими радиотехническими средствами (П₁, П₂, П₃, ..., П_N на фиг. 2), приходящие с направлений, отличающихся от направленной на передающую станцию радионавигационной системы. Полезные поверхностные сигналы передающей станции радионавигационной системы, отраженные от ионосферы сигналы этой же станции, распространяющиеся по трассе "излучатель-ионосфера-антенна 6 приемного устройства" в плоскости, проходящей перпендикулярно поверхности Земли через антенну передающей станции и антенну 6 приемного устройства, а также помехи, создаваемые другими радиотехническими средствами, приходящие с направления, совпадающего с направлением на передающую станцию радионавигационной системы, антенной 6 не принимаются.

Принимаемые рамочной антенной 6 помехи в зависимости от стороны приема приобретают фазовый сдвиг +90^о. Эти помехи через усилитель 7 поступают на вход фильтра 8. Фильтр 8 имеет характеристику полосового фильтра, аналогичную характеристике фильтра 2. Фильтр 8 осуществляет подавление внеполосных помех в своей полосе задерживания. С выхода фильтра 8 помехи, частоты которых расположены в полосе пропускания фильтра, поступают на вход блока 9 выделения узкополосных помех. Фильтры 10 блока 9 первоначально отстроены по частоте за полосу пропускания фильтра 8, поэтому на их выходах сигналы отсутствуют. Следовательно, первоначально отсутствуют сигналы как на выходе блока 9, так и на соответствующем вычитающем входе блока 5 вычитания. В результате сигнал, поступающий на сигнальный вход блока 5 вычитания и представляющий собой сумму сигналов радионавигационной системы (полезных поверхностных и мешающих, отраженных от ионосферы) и узкополосных помех, первоначально проходит на выход блока 5 без изменений. Селективный вольтметр 13 настраивается на частоту максимальной по амплитуде помехи, присутствующей в выходном сигнале блока 5, выделяя ее на своем выходе. Затем на частоту помехи настраивается узкополосный полосовой фильтр 10 одного из N каналов блока 9 узкополосных помех, выделяя ее на своем выходе. Фаза помехи при этом приобретает дополнительный фазовый сдвиг -90^о, который с учетом уже приобретенного за счет антенны 6 фазового сдвига +90^о обеспечивает суммарный фазовый сдвиг 0^о или -180^о в зависимости от стороны приема рамки 6. С выхода фильтра 10 выделенная таким образом помеха через аттенюатор 11 и сумматор 12 поступает на вычитающий вход блока 5 вычитания для компенсации соответствующей помехи, поступающей на сигнальный вход блока 5. Компенсация помехи происходит при условии равенства амплитуд и фаз помех на сигнальном и вычитающем входах блока 5 вычитания. Подстройка амплитуды и при необходимости изменение фазы помехи на +180^о осуществляется в блоке 9 с помощью аттенюатора 11, включенного в цепь прохождения этой помехи, коэффициент передачи которого изменяется от -К_ат до +К_ат. Контроль за полнотой компенсации осуществляется по уменьшению напряжения на выходе селективного вольтметра 13.

После компенсации первой узкополосной помехи аналогичным образом осуществляется компенсация остальных узкополосных помех, поступивших с направлений, отличных от направления на передающую станцию радионавигационной системы и противоположного ему направления. При этом не происходит искажений формы принимаемых сигналов радионавигационной системы (повеpхностных и отраженных от ионосферы), так как компенсирующий сигнал не содержит никаких их частей и представляет собой только копии подавляемых узкополосных помех. Отсутствие указанных искажений создает предпосылки для успешной последующей компенсации отраженных от ионосферы мешающих сигналов передающей станции радионавигационной системы.

При невозможности с помощью блока 9 выделить узкополосную помеху, присутствующую также и в выходном сигнале блока 5, и следовательно, осуществить ее компенсацию (что имеет место в частном случае, если помеха поступает с направления, совпадающего с направлением на передающую станцию радионавигационной системы), на частоту этой помехи настраивается режекторный фильтр 4 блока 3. Контроль за настройкой режекторного фильтра 4 блока 3 осуществляется по уменьшению уровня помехи на выходе селективного вольтметра 13, настроенного на частоту этой помехи.

Компенсация отраженных от ионосферы мешающих сигналов передающей станции радионавигационной системы осуществляется следующим образом. С помощью антенны 14, нуль диаграммы направленности которой располагается в горизонтальной плоскости, т. е. в плоскости распространения поверхностных сигналов, излучаемых передающей станцией радионавигационной системы, принимается и преобразуется в напряжение переменного тока ортогональная (горизонтальная) составляющая Е_Г напряженности электрического поля Е_S, создаваемого отраженным от ионосферы сигналом передающей станции радионавигационной системы, вертикальная составляющая Е_В которого принимается штыревой антенной 1 в качестве мешающего сигнала при приеме поверхностного E_SC сигнала (фиг. 3). Антенна 14 принимает и преобразует в напряжение переменного тока также соответствующие составляющие узкополосных помех, создаваемых посторонними радиотехническими средствами. Антенна 14 не принимает полезные поверхностные сигналы передающей станции радионавигационной системы, принимаемые штырем 1, которые имеют только вертикальную составляющую напряженности электрического поля Е_ВС = Е_SC (фиг. 3).

Таким образом, антенна 14 не принимает полезные поверхностные сигналы передающей станции радионавигационной системы, а принимает мешающие отраженные от ионосферы сигналы этой станции и узкополосные помехи, создаваемые посторонними радиотехническими средствами.

Принимаемые антенной 14 мешающие сигналы передающей станции радионавигационной системы и узкополосные помехи поступают на вход согласующего усилителя 15. Усилитель 15 обеспечивает требуемую чувствительность устройства по приему ортогональной составляющей Е_Г отраженного от ионосферы сигнала радионавигационной системы. С выхода усилителя 15 принятые антенной 14 сигналы поступают на вход дополнительного фильтра 16. Фильтр 16 имеет характеристику полосового фильтра, аналогичную характеристике фильтра 2, что обеспечивает ту же форму радиоимпульсного сигнала радионавигационной системы на его выходе, что и на выходе фильтра 2. Фильтр 16, также как и фильтр 2, осуществляет подавление помех в своей полосе задерживания. С выхода фильтра 16 принятые антенной 14 отраженные от ионосферы сигналы радионавигационной системы и узкополосные помехи, попадающие в полосу пропускания фильтра 16, поступают на вход блока 17 подавления узкополосных помех.

Блок 17 подавления узкополосных помех содержит соответствующие средства для подавления помех, например последовательно включенные самонастраивающиеся режекторные фильтры либо компенсаторы узкополосных помех. Поскольку различные средства для подавления помех по-разному искажают сигнал радионавигационной системы, то выбор тех или иных средств для подавления узкополосных помех в блоке 17 обуславливается тем уровнем искажений, который допускается для отраженного от ионосферы сигнала радионавигационной системы, принимаемого антенной 14, исходя из требований, предъявляемых к точности формирования из него компенсирующего колебания.

С выхода блока 17 отфильтрованная от узкополосных помех принятая антенной 14 составляющая Е_Г отраженного от ионосферы сигнала радионавигационной системы поступает на вход дополнительного аттенюатора 18, на выходе которого формируется соответствующее компенсирующее колебание. Аттенюатор 18 предназначен для выравнивания уровня составляющей Е_Г отраженного от ионосферы сигнала радионавигационной системы, поступающей на дополнительный вычитающий вход блока 5 вычитания, с уровнем составляющей Е_В отраженного от ионосферы сигнала радионавигационной системы, поступающей на сигнальный вход блока 5. В результате вычитания компенсирующего колебания, поступающего с выхода аттенюатора 18 на вычитающий вход блока 5, из суммарного колебания, поступающего с выхода блока 3 на сигнальный вход блока 5, в блоке 5 наряду с рассмотренной выше компенсацией узкополосных помех осуществляется компенсация отраженных от ионосферы мешающих сигналов, излучаемых передающей станцией радионавигационной системы и принимаемых приемной антенной 1 вместе с полезными поверхностными сигналами.

Контроль за полнотой этой компенсации осуществляется оператором визуально по форме выходного сигнала блока 5, используя для этих целей блок 19 индикации, подключенный к выходу блока 5 вычитания.

Таким образом в устройстве осуществляется компенсация отраженных от ионосферы мешающих сигналов передающей станции радионавигационной системы без искажения полезных поверхностных сигналов. Тем самым решается задача повышения помехозащищенности приемного устройства сигнала радионавигационной системы по отношению к отраженным от ионосферы сигналам передающей станции радионавигационной системы при приеме поверхностных сигналов этой же станции.

Использование: определение местоположения подвижных объектов. Сущность изобретения: устройство содержит ненаправленную антенну 1, полосовые фильтры 2, 8, 16, блок 3 режекторных фильтров, включающий режекторные фильтры 4, блок 5 вычитания, направленные антенны 6 и 14, усилитель 7, блок 9 выделения узкополосных помех, включающий N узкополосных полосовых фильтров 10, аттенюаторов 11 и один сумматор 12, селективный вольтметр 13, согласующий усилитель 15, блок 17 подавления узкополосных помех, дополнительный аттенюатор 18 и блок 19 индикации. 3 ил.

ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО СИГНАЛА РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ, содержащее последовательно соединенные ненаправленную антенну, первый полосовой фильтр и блок режекторных фильтров, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности по отношению к отраженным от ионосферы сигналам передающей станции радионавигационной системы при приеме поверхностных сигналов этой же станции, введены последовательно соединенные направленная антенна, усилитель, второй полосовой фильтр, блок выделения узкополосных помех и блок вычитания, другой вход которого соединен с выходом блока режекторных фильтров, селективный вольтметр, блок индикации и последовательно соединенные дополнительная направленная антенна, согласующий усилитель, дополнительный полосовой фильтр, блок подавления узкополосных помех и дополнительный аттенюатор, выход которого подключен к дополнительному входу блока вычитания, выход которого соединен с входами блока индикации и селективного вольтметра, при этом дополнительная направленная антенна выполнена в виде горизонтального вибратора, ось которого совпадает с направлением на передающую станцию радионавигационной системы.