ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР СКАНИРУЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ Российский патент 1997 года по МПК G01S3/10 

Изобретение относится к радиопеленгации и может быть использовано в радиомаячных навигационных системах.

Существует достаточно широкий круг возможных реализаций разностно-фазового способа определения углового положения источников излучения. В основе своей эти устройства содержат две разнесенные на некоторое расстояние, называемое "базой", антенны, каждая из которых через приемник подключена к входу фазометра соединенного с индикатором. Такой фазовый пеленгатор (см. [1] с. 131, рис. П2.9) наиболее близок к заявляемому. Оценка пеленга в таком пеленгаторе производится по измеренному значению разности фаз и ее априори известной зависимости от углового положения источника - пеленгационной характеристике (ПХ):

где Dv разность фаз;
d база;
l длина волны.

Считающаяся известной крутизна ПХ, определяющая пеленгационную чувствительность (ПЧ) пеленгатора,

Из (2) и (1) следует обычно используемый алгоритм пеленгования:

Стремление увеличить дальность действия фазовых пеленгаторов приводит к необходимости увеличения апертур их антенн, а это в свою очередь ведет при частично когерентном поле в месте приема (в рассеивающих средах) к "уменьшению величины фазовой расстройки" (т.е. разности фаз) при не нулевых значениях пеленга (см. например, [2] с. 62). Это означает потерю пеленгационной чувствительности и появлении ее связи с состоянием канала распространения.

Появление априорной неопределенности в ПЧ и использование в этом случае в алгоритме (3) значения ПЧ (2), справедливого для когерентных условий, приводит к смещению оценки пеленга, т.е. к ошибке, величина которой зависит от когерентности поля в месте приема.

Устранение этого недостатка в предположении вращения (сканирования) диаграммы направленности (ДН) источника производится в рассматриваемом фазовом пеленгаторе.

Для этого в фазовый пеленгатор, содержащий две антенны, каждая из которых через приемник подключена к входу фазометра, делитель, первый вход которого соединен с выходом фазометра, а выход делителя подключен к индикатору, и клемму ввода значения крутизны пеленгационной характеристики, введены амплитудный детектор, дифференциатор, измеритель угловой скорости сканирования диаграммы направленности источника, второй и третий делители, устройство образования модуля, вычитатель, умножитель, клемма ввода ширины диаграммы направленности источника и клемма ввода значения ширины диаграммы направленности пеленгатора, причем выход одного из приемников через последовательно соединенные амплитудный детектор и измеритель угловой скорости сканирования диаграммы направленности источника подключен к второму входу второго делителя, первый вход которого через дифференциатор соединен с выходом фазометра, выход второго делителя через устройство образования модуля подключен к первому входу умножителя, второй вход которого через квадратор соединен с выходом третьего делителя, первый вход третьего делителя соединен с клеммой ввода значения ширины диаграммы направленности источника, второй вход третьего делителя подключен к клемме ввода значения ширины диаграмм направленности пеленгатора, второй вход первого делителя подключен к выходу вычитателя, первый вход которого соединен с выходом умножителя, а второй вход вычитателя соединен с клеммой ввода значения крутизны пеленгационной характеристики. На чертеже изображена структурная электрическая схема фазового пеленгатора.

Фазовый пеленгатор содержит две одинаковые антенны 1 и 2, два приемника 3 и 4, фазометр 5, амплитудный детектор 6, дифференциатор 7, первый делитель 8, измеритель 9 угловой скорости сканирования диаграммы направленности источника, второй делитель 10, индикатор 11, третий делитель 12, устройство 13 образования модуля, вычитатель 14, квадратор 15, умножитель 16, клемму К1 ввода значения ширины диаграммы направленности источника, клемму К2 ввода значения ширины диаграмм направленности пеленгатора, клемму К3 ввода значения крутизны пеленгационной характеристики.

Для описания работы пеленгатора необходимо сделать некоторые пояснения.

Преодоление априорной неопределенности в крутизне пеленгационной характеристики оказалось возможным в рассматриваемом пеленгаторе посредством установления и использования ее связи с дополнительно измеряемым параметром сигнала крутизной изменения разности фаз, обусловленной сканированием ДН источника и рассеянием на трассе (см. например, [1] с. 103, рис. 6.6). В результате использования этого параметра было получено

где μ пеленгационная чувствительность пеленгатора с учетом снижения когерентности поля в месте приема;
m_b крутизна изменения разности фаз, обусловленная сканированием диаграммы направленности источника и рассеянием на трассе;
q_и ширина ДН источника на уровне З дБ от максимума;
θ ширина ДН пеленгатора.

Использование знака модуля в (4) исключает зависимость оценки ПЧ от направления вращения ДН источника.

Крутизна изменения разности фаз m_b в алгоритме (4) является угловым эквивалентом крутизны изменения разности фаз во времени. Практическое измерение m_b производится через угловую скорость сканирования ДН источника:

где b угловое положение ДН источника;
t время;
W угловая скорость сканирования ДН источника.

Располагая (4) и (5), искомый алгоритм оценки пеленга может быть представлен в следующем виде:

Этот алгоритм и реализуется в рассматриваемом пеленгаторе.

Фазовый пеленгатор работает следующим образом.

Колебания с выходов антенн 1 и 2 в приемниках 3 и 4 усиливаются, при необходимости преобразуются и нормализуются к виду, необходимому для работы фазометра 5, и подаются на его входы.

Сигнал с выхода одного из приемников детектируется амплитудным детектором 6, на выходе которого выделяется огибающая пачки, образованная сканированием ДН источника.

По сигналу с амплитудного детектора 6 в измерителе 9 происходить определение угловой скорости сканирования ДН источника Ω. Ее определение может, например, производиться через измерение периода обзора ДН источника посредством формирования на выходе измерителя 9 сигнала, пропорционального W = 2π/T, где Т измеренное значение периода обзора.

Сигнал, пропорциональный разности фаз, с выхода фазометра 5 поступает на дифференциатор 7, на выходе которого образуется значение производной dΔΦ/dt, и после деления ее во втором делителе 10 на угловую скорость сканирования Ω в соответствии с (5) на выходе второго делителя 10 формируется значение крутизны изменения разности фаз m_b. Модуль этого значения, образующийся на выходе устройства 13 образования модуля, поступает на первый вход умножителя 16.

На клеммы К1 и К2, соединенные с входами третьего делителя 12, вводятся значения соответственно ширины диаграммы направленности источника q_и и ширины диаграмм направленности пеленгатора θ. Частное от их деления q_и/θ возводится в квадраторе 15 в квадрат и поступает на второй вход умножителя 16, где перемножается со значением модуля крутизны .

В вычитателе 14 происходит вычитание значения сигнала, имеющегося на выходе умножителя 16, из введенного на клемму К3 значения крутизны пеленгационной характеристики (2): m_o= 2πd/λ, считающейся известной. В результате на выходе вычитателя 14 в соответствии с (4) образуется значение пеленгационной чувствительности пеленгатора (μ), учитывающее снижение когерентности поля в месте приема.

Деление в первом делителе 8, имеющемся на выходе фазометра 5, значения разности фаз на существующее в данный момент на выходе вычитателя 14 значение пеленгационной чувствительности μ приводит согласно алгоритму (6) к формированию на выходе делителя 8 оценки пеленга, отображаемой на индикаторе 11.

Таким образом, реализация алгоритмов (4) (6) в рассматриваемом фазовом пеленгаторе позволяет повысить точность пеленгования сканирующих источников на трассах с рассеянием путем преодоления априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности посредством установления и использования ее связи с дополнительно измеряемым параметром сигнала крутизной изменения разности фаз, обусловленной сканированием ДН источника и наличием рассеяния на трассе.

Литература
1. Шарыгин Г.С. Статистическая структура поля УКВ за горизонтом. М. Радио и связь, 1983.

2. Фортес В.В. Влияние конечных размеров антенн на флуктуационные характеристики сигналов при распространении радиоволн в тропосфере. - Радиотехника, 1987, N 12.

Изобретение относится к радиопеленгации и может быть использовано в радиомаячных навигационных системах. Сущность изобретения заключается в том, что в фазовый пеленгатор, содержащий две антенны, каждая из которых через приемник подключена к входу фазометра, делитель, первый вход которого соединен с выходом фазометра, а выход делителя подключен к индикатору, и клемму ввода значения крутизны пеленгационной характеристики, введены амплитудный детектор, дифференциатор, измеритель угловой скорости сканирования диаграммы направленности источника, второй и третий делители, устройство образования модуля, вычитатель, умножитель, клемма ввода значения ширины диаграммы направленности источника, клемма ввода ширины диаграммы направленности пеленгатора и квадратор, причем выход одного из приемников через последовательно соединенные амплитудный детектор и измеритель угловой скорости сканирования диаграммы направленности источника подключен к второму входу второго делителя, первый вход которого через дифференциатор соединен с выходом фазометра, выход второго делителя через устройство образования модуля подключен к первому входу умножителя, второй вход которого через квадратор соединен с выходом третьего делителя. Первый вход третьего делителя соединен с клеммой ввода значения ширины диаграммы направленности источника. Второй вход третьего делителя подключен к клемме ввода ширины диаграммы направленности пеленгатора, второй вход первого делителя подключен к входу вычитателя, первый вход которого соединен с выходом умножителя, а второй вход вычитателя соединен с клеммой ввода значения крутизны пеленгационной характеристики. 1 ил.

Фазовый пеленгатор сканирующих источников, содержащий две антенны, каждая из которых через приемник подключена к входу фазометра, делитель, первый вход которого соединен с выходом фазометра, а выход делителя подключен к индикатору, и клемму ввода значения крутизны пеленгационной характеристики, отличающийся тем, что в него введены амплитудный детектор, дифференциатор, измеритель угловой скорости сканирования диаграммы направленности источника, второй и третий делители, устройство образования модуля, вычитатель, умножитель, клемма ввода значения ширины диаграммы направленности источника, клемма ввода значения ширины диаграммы направленности пеленгатора и квадратор, причем выход одного из приемников через последовательно соединенные амплитудный детектор и измеритель угловой скорости сканирования диаграммы направленности источника подключен к второму входу второго делителя, первый вход которого через дифференциатор соединен с выходом фазометра, выход второго делителя через устройство образования модуля подключен к первому входу умножителя, второй вход которого через квадратор соединен с выходом третьего делителя, первый вход третьего делителя соединен с клеммой ввода значения ширины диаграммы направленности источника, второй вход третьего делителя подключен к клемме ввода значения ширины диаграммы направленности пеленгатора, второй вход первого делителя подключен к выходу вычитателя, первый вход которого соединен с выходом умножителя, а второй вход вычитателя соединен с клеммой ввода значения крутизны пеленгационной характеристики.