АМПЛИТУДНЫЙ ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 1996 года по МПК G01S3/10 

Изобретение относится к радиопеленгации и может быть использовано для определения углового положения радиомаяков.

Известные амплитудные пеленгаторы содержат антенну, формирующую две разнесенные по углу диаграммы направленности (ДН) и два логарифмических приемника, соединенных с вычитателем (1, 2).

Наиболее близким к рассматриваемому амплитудному пеленгатору является пеленгатор (2), содержащий антенну с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник соединен с входом вычитателя. Оценка пеленга производится по измеренному значению разностной амплитуды на выходе вычитателя и пеленгационной характеристике (ПХ), предполагающейся известной и линейной в некотором секторе пеленгования. Крутизна ПХ, определяющая пеленгационную чувствительность (ПЧ) такого пеленгатора обратно пропорциональна квадрату ширины его диаграмм направленности.

Наличие рассеивающей среды между источником и пеленгатором нарушает когерентность поля в месте приема и вызывает известное расширение диаграмм направленности антенн (3). Степень подобного расширения может достигать полутора двух раз, что является причиной трехкратного и более снижения крутизны ПХ. Использование в этих условиях для определения пеленга значения ПЧ справедливого для когерентного поля, приводит в известном пеленгаторе к появлению смещения оценки пеленга, т.е. к дополнительной ошибке. Предлагаемый амплитудный пеленгатор позволяет повысить точность пеленгования источников излучения в рассеивающих средах.

На чертеже изображена структурная схема амплитудного пеленгатора. Он содержит антенну 1, логарифмические приемники 2, 3, приемники 4, 5, коррелятор 6, логарифматор 7, умножители 8, 12, сумматор 9, квадраторы 10, 11, датчик сигнала ширины диаграммы направленности антенны, 13, два делителя 14, 16, датчик сигнала углового разнесения диаграммы направленности антенны 15, индикатор 17, вычитатель 18.

Для описания работы пеленгатора необходимо сделать аналитические пояснения. Пеленгационная характеристика обычного амплитудного пеленгатора аналитически представляется в виде зависимости, выраженной в децибелах разностной амплитуды ΔU от пеленга α отсчитываемого, как правило, от равносигнального направления:
(1)
где U₁, U₂ амплитуды на выходах антенны;
a_р величина углового разнесения ДН пеленгатора;
θ ширина диаграммы направленности пеленгатора на уровне 3 дб максимума;
(2)
крутизна ПХ пеленгационная чувствительность пеленгатора, дБ/град.

Из (1) и (2) следует обычно используемый алгоритм пеленгования:
α=ΔU/μ_o=ΔUθ²/24α_р (3)
Как уже отмечалось, наличие рассеяния на трассе приводит к расширению ДН пеленгатора и снижению его ПЧ. Использование в этом случае значения μ_o в алгоритме (3), справедливом для когерентных условий работы, приводит к смещению оценки пеленга, т.е. к ошибке.

Для частично когерентного поля в месте приема пеленгационную чувствительность логично записать в виде
μ=24α_р/θ2эфф

(4)
где θ_эфф эффективная ширина ДН пеленгатора.

В общем случае θ_эфф больше θ и только в когерентном случае q_эфф=θ.
Аналогично (3), пеленг
α=ΔU/μ=ΔUθ2эфф

/24α_р (5)
Определение θ_эфф для получения алгоритма оценки пеленга оказалось возможным посредством установления ее связи с величиной корреляции амплитуд r на выходах антенны:
(6).

В результате после использования (6), (4), (5) пеленгационная чувствительность
(7)
алгоритм оценки пеленга на трассах с рассеянием:
(8)
Таким образом, оценка пеленга в амплитудном пеленгаторе производится по известным ширине θ и угловому разнесению a_р диаграммы направленности и измеренным разностной амплитуде ΔU и коэффициенту корреляции амплитуд r на выходах антенны.

Амплитудный пеленгатор, обеспечивающий выполнение алгоритма (8), работает следующим образом.

Колебания с выходов антенны 1 усиливаются, логарифмируются и детектируются в логарифмических приемниках 2, 3. Амплитуды сигналов с выходов логарифмических приемников вычитаются в вычитателе 18 и образуют на его выходе сигнал с разностной амплитудой ΔU.
Сигналы с выходов антенны поступают также на приемники 4 и 5, где они усиливаются и детектируются, обеспечивая необходимый для работы коррелятора 6 уровень сигналов. На выходе коррелятора 6 образуется коэффициент корреляции r (здесь и далее имеется ввиду сигнал, пропорциональный параметру) амплитуд на выходах приемников, а следовательно, и на выходах антенны. Далее сигнал с коррелятора 6 поступает через логарифматор 7 на умножитель 8, где перемножается с квадратом ширины ДН θ², образующимся на выходе квадратора 11 по сигналу с датчика 13 ширины ДН q. Значение θ²lnr, образующееся на выходе умножителя 8, вводится в сумматор 9. На второй вход сумматора с коэффициентом пропорциональности равным ln2, вводится значение α2р

, образованное на выходе квадратора 10 по значению углового разнесения θ²lnr, поступающему с датчика 15 углового разнесения.

В результате на выходе сумматора образуется сумма α²lnr + α2р

ln2,, которая с коэффициентом пропорциональности равным 24 вводится на первый вход первого делителя 14, на второй вход которого поступает результат перемножения в умножителе 12 значения квадрата ширины ДН θ², образованного на выходе квадратора 11 и значения углового разнесения a_р, введенного с датчика углового разнесения 15.

После выполнения деления на выходе делителя 14 образуется значение пеленгационной чувствительности μ (7), изменяющееся при изменении когерентности поля в месте приема.

В результате деления образованной в вычитателе 18 разностной амплитуды DU на значение чувствительности μ, на выходе делителя 16 в соответствии с алгоритмом (8) образуется оценка пеленга, индицируемая на индикаторе 17.

Повышение точности пеленгования источников на трассах с рассеянием достигается введением новых элементов и связей, обеспечивающих устранение априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности посредством установления и использования ее связи с корреляцией амплитуд на выходах антенны.

Использование: в радиопеленгации для определения углового положения радиомаяков. Сущность изобретения: устройство содержит антенну 1, два логарифмических приемника 2, 3, два приемника 4, 5, коррелятор 6, логарифматор 7, два умножителя 8, 12, сумматор 9, 2 квадратора 10, 11, датчик сигнала ширины диафрагмы направленности 13, два делителя 14, 16, счетчик сигнала углового разнесения диаграммы направленности антенны 18, индикатор 17, вычитатель 18, что позволяет повысить точность пеленгования в качестве дополнительного измеряемого параметра сигнала - корреляции амплитуд на выходах антенны пеленгатора. 1-2-18-16-17, 1-3-18, 1-4-6, 1-5-6-7-8-9-14, 16, 15-10-9, 10-12-14, 13-11-8, 11-12. 1 ил.

Амплитудный пеленгатор, содержащий антенну с двумя выходами, каждый из которых через соответствующий логарифмический приемник подключен к вычитателю, отличающийся тем, что введены два приемника, коррелятор, логарифматор, два умножителя, сумматор, два квадратора, два делителя, датчик сигнала ширины диаграммы направленности антенны, датчик сигнала углового разнесения диаграммы направленности антенны и индикатор, причем каждый выход антенны через соответствующий приемник соединен с входом коррелятора, выход которого через логарифматор подключен к первому входу первого умножителя, второй вход которого соединен с первым входом второго умножителя и через первый квадратор подключен к датчику сигнала ширины диаграммы направленности антенны, выход первого умножителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через второй квадратор соединен с датчиком сигнала углового разнесения диаграммы направленности антенны и вторым входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом первого делителя, выход сумматора соединен с вторым входом первого делителя, выход которого соединен с первым входом второго делителя, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, выход второго делителя соединен с входом индикатора.