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

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в радиомаячных системах навигации.

Известные амплитудные радиопеленгаторы содержат антенну, формирующую две одинаковые, разнесенные по углу диаграммы направленности (ДН) и два логирифмических приемника соединенных с вычитателем.

Наиболее близким к рассматриваемому пеленгатору можно считать пеленгатор [1] содержащий антенну с двумя одинаковыми, разнесенными по углу ДН и с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник соединен с входом вычитателя. Оценка пеленга в таком пеленгаторе при неследящем пеленговании производится по измеренному значению разностной амплитуды на выходе вычитателя и ее априори известной зависимости от пеленга пеленгационной характеристике (ПХ), предполагающейся линейной в некотором секторе пеленгования. Крутизна ПХ, определяющая пеленгационную чувствительность (ПЧ) такого пеленгатора обратно пропорциональна квадрату ширины его ДН.

Наличие рассеивающей среды нарушает когерентность поля в месте приема и вызывает известное расширение ДН антенн (см. напр. [2]). Степень подобного расширения может достигать полутора-двух раз, что является причиной трехкратного и более снижения ПЧ по сравнению с ее значением в когерентном поле. Использование в этих условиях для определения пеленга значения ПЧ справедливого для когерентного поля приводит в известном пеленгаторе к появлению дополнительных ошибок к смещению и увеличению флуктуаций оценок пеленга, возрастающих, как известно, при уменьшении крутизны пеленгационной характеристики.

Пеленгатор сканирующих источников позволяет повысить точность их пеленгования в рассеивающих средах.

Для этого в пеленгаторе сканирующих источников, содержащем антенну с двумя разнесенными по углу диаграммами направленности и с двумя выходами, каждый из которых подключен к логарифмическому приемнику и вычитатель, антенна выполнена с регулируемым угловым разнесением диаграмм направленности и с управляющим величиной углового разнесения входом, а также введены следующие элементы. Для измерителя максимума пачки, каждый из которых включен между выходом логарифмического приемника и входом вычитателя, измеритель несовпадения пачек, включенный между выходами логарифмических приемников. Измеритель угловой скорости сканирования и измеритель ширины пачки, входы которых соединены с выходом логарифмического приемника. Первый умножитель, входы которого соединены с выходом измерителя угловой скорости сканирования и выходом измерителя несовпадения пачек. Второй умножитель, входы которого соединены с выходом измерителя угловой скорости сканирования и выходом измерителя ширины пачки. Вычислитель пеленгационной чувствительности, к соответствующим входам которого подключены выходы умножителей. Устройство задержки, вычислитель квадратного корня, два делителя и индикатор, подключенный к выходу второго делителя, первый вход которого соединен с выходом вычитателя. Причем, выход первого делителя через последовательно соединенные вычислитель квадратного корня и устройство задержки соединен с первым входом первого делителя и соответствующим входом вычислителя пеленгационной чувствительности, выход которого соединен с вторыми входами делителей. Выход вычислителя квадратного корня и управляющий величиной углового разнесения вход антенны соединены. Вычислитель пеленгационной чувствительности обеспечивает ее вычисление по формуле:

где μ значение пеленгационной чувствительности;
a_p напряжение на выходе устройства задержки;
β_p напряжение на выходе первого умножителя;
k единичный масштабный коэффициент, имеющий размерность B^-1;
θ_ог напряжение на выходе второго умножителя;
θ_и, θ известные напряжения, пропорциональные ширине диаграмм направленности соответственно источника и пеленгатора.

На чертеже изображена структурная электрическая схема пеленгатора сканирующих источников.

Пеленгатор содержит антенну 1 с регулируемым угловым разнесением диаграмм направленности, с управляющим величиной углового разнесения входом и двумя выходами, два логарифмических приемника 2 и 3, измеритель 4 несовпадения пачек, измеритель 5 угловой скорости сканирования, первый умножитель 6, устройство задержки 7, измеритель 8 ширины пачки, второй умножитель 9, вычислитель 10 квадратного корня, вычислитель 11 пеленгационной чувствительности, первый делитель 12, индикатор 13, второй делитель 14, измеритель 15 максимума пачки, вычитатель 16 и измеритель 17 максимума пачки.

Для описания работы пеленгатора необходимо сделать некоторые аналитические пояснения.

Пеленгационная характеристика обычного амплитудного пеленгатора аналитически представляется в виде зависимости выраженной в децибеллах разностной амплитуды от пеленга отсчитываемого обычно от равносигнального направления (РСН):

где U_m1, U_m2 амплитуды максимумов пачек, образованных вращением ДН источника;
a_p величина углового разнесения ДН пеленгатор;
θ ширина ДН пеленгатора на уровне 3 дБ от максимума;

крутизна ПХ пеленгационная чувствительность пеленгатора.

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

Для частично когерентного поля в месте приема выражение для ПЧ можно представить в виде

где μ пеленгационная чувствительность с учетом рассеяния на трассе, дБ/град;
q_э эффективная ширина ДН пеленгатора существующая в данных условиях распространения.

Аналогично (3), пеленг:

В общем случае θ_э больше и только в когерентном поле они равны. Из этого следует, что крутизна m в общем случае меньше крутизны m_o, а оценка пеленга производимая на трассах с рассеянием по алгоритму (3) оказывается смещенной, причем в сторону ее приближения к РСН.

Устранение этого недостатка в предположении сканирования (вращения) ДН источника достигается за счет найденной связи пеленгационной чувствительности с двумя дополнительно измеряемыми параметрами сигнала задержкой (величиной несовпадения) пачек и длительностью (шириной) пачек:

где β_p= τΩ (7)
угловой эквивалент величины несовпадения (задержки) пачек;
τ_p временная величина несовпадения пачек;
Ω угловая скорость сканирования ДН источника;
q_ог=τ_огΩ (8)
угловой эквивалент длительности (ширины) пачек на уровне 3 дБ от максимума;
τ_ог длительность пачки на уровне 3 дБ от максимума;
θ_и, θ ширина диаграмм направленности соответственно источника и пеленгатора, считающаяся известной.

Таким образом, алгоритм оценки пеленга может быть представлен в следующем виде:

Использование алгоритма (9), позволяющего исключить априорную неопределенность в ПЧ и уменьшить вследствие этого смещение оценки пеленга, не снижает в то же время флуктуационную составляющую ошибки пеленгования, возрастающую при снижении ПЧ. Эту ошибку, очевидно, можно уменьшить повысив ПЧ (то есть μ) за счет увеличения углового разнесения a_p, что и производится в рассматриваемом пеленгаторе. Однако, увеличение углового разнесения не может быть произвольным. Как известно (см. [1] с. 33 34) соотношение между величиной углового разнесения и шириной ДН пеленгатора устанавливается вполне определенным, удовлетворяющим, например, требованию компромисса между ПЧ (то есть точностью пеленгования) и энергетикой в РСН. Не конкретизируя эти требования, будем считать, что в диапазоне изменения условий распространения на трассе необходимо сохранение, определяемого каким-либо тактико-техническими требованиями, отношения углового разнесения к эффективной ширине ДН:

откуда требуемое в данных, конкретных условиях распространения радиоволн угловое разнесение ДН пеленгатора должно удовлетворять равенству:

Очевидно, возрастание θ_э приводит к необходимости увеличения углового разнесения, что означает максимизацию ПЧ и точности пеленгования.

Исключение с помощью (4) неизвестной в (10) ширины θ_э приводит к искомому значению требуемой в данных условиях, величины углового разнесения:

где m определено в (6).

В этом рекуррентном соотношении, описывающем процесс адаптивной перестройки углового разнесения, можно считать последующим (требуемым), а α_p настоящим, существующим в момент измерения входящих в (9) параметров сигнала, значениями углового разнесения.

Практически, регулировка углового разнесения ДН может быть реализована одним из известных способов, например, посредством изменения расстояния между облучателями, расположенными в фокальной плоскости зеркальной антенны (см. напр. [3]).

Пеленгатор сканирующих источников работает следующим образом.

Колебания с выходов антенны 1, имеющей две одинаковые, с регулируемым угловым разнесением диаграммы направленности, усиливаются, логарифмируются и детектируются в логарифмических приемниках 2, 3, подаются на измерители 15, 17 максимумов пачек и далее в вычитателе 16 максимумы вычитаются, образуя на его выходе разностную амплитуду (1), зависимость которой от пеленга определяет пеленгационную характеристику.

Для определения меняющейся на трассах с рассеянием крутизны ПХ, дополнительно измеряется два параметра сигнала величина несовпадения пачек τ_p в измерителе 4 и ширина пачки τ_ог в измерителе 8. После умножения в умножителях 6, 9 этих значений на определенную в измерителе 5 угловую скорость сканирования Ω, на выходах умножителей и соответствующих входах вычислителя 11 пеленгационной чувствительности в соответствии с выражениями (7,8) образуются напряжения задержки пачек b_p и ширины пачки θ_ог. На третий вход вычислителя 11 с выхода устройства задержки 7 подается напряжение углового разнесения α_p, существующего в настоящий момент.

Вычислитель 11 выполняет вычисление пеленгационной чувствительности в соответствии с алгоритмом (6). Значения напряжений соответствующих ширине ДН источника θ_и и пеленгатора θ, являющиеся в данном случае константами, считаются известными и вводятся в измеритель 11 предварительно. Деление в делителе 14 разностной амплитуды DU на значение ПЧ μ, образующееся на выходе вычислителя 11, приводит в соответствие с (6) и (5) к формированию на выходе делителя 14 оценки пеленга отображаемой на индикаторе 13.

Для формирования сигнала перестройки углового разнесения на вход делителя 12 с выхода вычислителя 11 подается значение ПЧ m; на другой вход этого делителя с коэффициентом пропорциональности равным 24-м с выхода устройства 7 задержки поступает существующее в данный момент значение углового разнесения a_p. С выхода делителя 12 значение 24α_p/μ вводится в вычислитель 10 квадратного корня и с коэффициентом пропорциональности ν образует на выходе 10 требуемое, последующее значение углового разнесения . Это значение подается на вход устройства задержки 7 и на управляющий вход антенны, где и осуществляется установка требуемого значения углового разнесения. Устройство задержки 7 обеспечивает задержку использования последующего значения углового разнесения в качестве существующего в данный момент разнесения α_p. Величина задержки складывается из времени перестройки углового разнесения в антенне и времени распространения сигналов от антенны до делителя 14, на выходе которого формируется оценка пеленга.

Таким образом, реализация алгоритмов (8,9 и 11) в виде пеленгатора сканирующих источников позволяет повысить точность пеленгования, во-первых, за счет исключения смещения оценки пеленга путем преодоления априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности и, во-вторых за счет уменьшения флуктуационной составляющей ошибки пеленгования путем максимизации пеленгационной чувствительности посредством адаптивной перестройки углового разнесения, при сохранении в то же время постоянным его отношения к эффективной ширине диаграмм направленности пеленгатора.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в радиомаячных системах навигации.

Использование пеленгатора позволяет повысить точность пеленгования источников в рассеивающих средах, во-первых, за счет уменьшения смещения оценки пеленга путем исключения априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности и, во-вторых - за счет снижения флуктуационной составляющей ошибки вследствие адаптивной максимизации пеленгационной чувствительности посредством перестройки углового разнесения диаграмм направленности (ДН).

Пеленгатор содержит антенну с регулируемым угловым разнесением двух ДН, управляющим величиной этого разнесения входом и с двумя выходами, каждый из которых через последовательно соединенные логарифмический приемник и измеритель максимума пачки подключен к соответствующим входам вычитателя, измеритель несовпадения пачек, включенный между выходами логарифмических приемников, измеритель угловой скорости сканирования и измеритель ширины пачки, входы которых соединены с выходом логарифмического приемника, первый умножитель, входы которого соединены с выходом измерителя угловой скорости сканирования и выходом измерителя несовпадения пачек, второй умножитель, входы которого соединены с выходом измерителя угловой скорости сканирования и выходом измерителя ширины пачки, вычислитель пеленгационной чувствительности, к соответствующим входам которого подключены выходы умножителей, устройство задержки, вычислитель квадратного корня, два делителя и индикатор, подключенный к выходу второго делителя, первый вход которого соединен с выходом вычитателя, причем, выход первого делителя через последовательно соединенные вычислитель квадратного корня и устройство задержки соединен с первым входом первого делителя и соответствующим входом вычислителя пеленгационной чувствительности, выход которого соединен с вторыми входами делителей, выход вычислителя квадратного корня и управляющий величиной углового разнесения вход антенны - соединены, вычислитель пеленгационной чувствительности выполнен в виде реализующем вычисление по формуле:

где μ - значение пеленгационной чувствительности;
a_p - напряжение на выходе устройства задержки;
β_p - напряжение на выходе первого умножителя;
k - единичный масштабный коэффициент имеющий размерность B^-1;
θ_ог - напряжение на выходе второго умножителя;
θ_и, θ - известные напряжения пропорциональные ширине ДН, соответственно, источника и пеленгатора. 1 ил.

Пеленгатор сканирующих источников, содержащий антенну с двумя разнесенными по углу диаграммами направленности и с двумя выходами, каждый из которых подключен к логарифмическому приемнику, и вычитатель, отличающийся тем, что антенна выполнена с регулируемым угловым разнесением диаграмм направленности и с управляющим величиной углового разнесения входом, а также введены два измерителя максимумов пачки, каждый из которых включен между выходом логарифмического приемника и входом вычитателя, измеритель несовпадения пачек, включенный между выходами логарифмических приемников, измеритель угловой скорости сканирования и измеритель ширины пачки, входы которых соединены с выходом логарифмического приемника, первый умножитель, входы которого соединены с выходом измерителя угловой скорости сканирования и выходом измерителя несовпадения пачек, второй умножитель, входы которого соединены с выходом измерителя угловой скорости сканирования и выходом измерителя ширины пачки, вычислитель пеленгационной чувствительности, к соответствующим входам которого подключены выходы умножителей, устройство задержки, вычислитель квадратного корня, два делителя и индикатор, подключенный к выходу второго делителя, первый вход которого соединен с выходом вычитателя, причем выход первого делителя через последовательно соединенные вычислитель квадратного корня и устройство задержки соединен с первым входом первого делителя и соответствующим входом вычислителя пеленгационной чувствительности, выход которого соединен с вторыми входами делителей, выход вычислителя квадратного корня и управляющий величиной углового разнесения вход антенны соединены, вычислитель пеленгационной чувствительности выполнен в виде, реализующем вычисление

где μ значение пеленгационной чувствительности;
a_p напряжение на выходе устройства задержки;
β_p напряжение на выходе первого умножителя;
к единичный масштабный коэффициент, имеющий размерность В^- 1;
θ_ог напряжение на выходе второго умножителя;
θ_и,θ известные напряжения, пропорциональные ширине диаграмм направленности соответственно источника и пеленгатора.