ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ДЛЯ МОНОИМПУЛЬСНЫХ РАДИОЛОКАТОРОВ Российский патент 1997 года по МПК G01S13/44 

Изобретение относится к преобразователям сигналов для моноимпульсных пеленгаторов (МП), а именно, для двух координатных МП. Преобразователь является одним из трех основных функциональных элементов МП (антенна - преобразователь сигналов угловой дискриминатор) и служит для сопряжения антенн и угловых дискриминаторов разных типов.

Данное изобретение предназначено, в особенности, для бортовых моноимпульсных пеленгаторов (МР), в виде наличия в них жестких ограничений по массо-габаритным параметрам и потребляемой мощности.

Известны преобразователи сигналов для МП, служащие для сопряжения антенны с угловым дискриминатором путем изменения зависимости амплитудных и фазовых параметров сигналов от угловых координат (например, А.И. Леонов, К. И.Фомичев. Моноимпульсная радиолокация, М. Радио и связь, 1984 г. стр. 8-11; П. И. Дудник. Моноимпульсные радиолокационные устройства, "Радиотехнхика" (Итоги науки и техники), 1972 г. стр. 13-15, рис. 98-11 и др). Из известных широкое применение получил преобразователь сигналов для двухкоординатных МР, содержащий четыре суммарно-разностных устройства, который обеспечивает перекодировку пространственных угловых координат угол азимута α и угол места b из амплитудных параметров четырех входных сигналов A, B, C и D в амплитудные и фазовые параметры трех выходных сигналов суммарного Sa и двух разностных Δαa и Δβa (например, А.И.Леонов, К.И.Фомичев. Моноимпульсная радиолокация, М. Радио и связь, 1984 г. рис. 4-12 на стр. 79; Теоретические основы радиолокации, под ред. В.Е. Дулевича, М. Сов. радио, 1978 г. рис. 13.3 на стр. 368 и др.).

Входные сигналы данного преобразователя вблизи РСН равны

(A, B, C, D)a амплитудные диаграммы направленности (ДН) входных сигналов, которые в линейном приближении равны:

(например, М.В.Максимов, Г.И.Горгонов. Радиоуправление ракетами, М. Сов. радио, 1964 г. формулы 3.6.18 на стр. 116).

Известен также и широко применяется преобразователь сигналов для МП, содержащий, помимо указанных суммарно-разностных устройств, включенные последовательно с их выходами для разностных сигналов Δα и Δβ фазовращатели (ФВ) на p/2 которые обеспечивают перекодировку пространственных угловых координат α и β из фазовых параметров четырех входных сигналов C, B, C, D в амплитудные и фазовые параметры трех выходных сигналов Sф, Δαф и Δβф (например, Теоретические основы радиолокации, под ред. В.Е.Дулевича, М. Сов. радио, 1978 г. рис. 13.3б на стр. 368 и др.), которые с точность до общего сомножителя вблизи РСН равны

(A, B, C, D)Ф фазовые ДН входных сигналов, которые в линейном приближении равны

В то время, как входные сигналы преобразователей A, B, C и D являются пространственными функциями угловых координат α и β их выходные разностные сигналы Da и Δβ являются функциями только одной, соответствующей координаты a или β
Таким образом, каждый из разностных сигналов не содержит информации об ортогональной координате, а по отношению к суммарному сигналу имеет лишь фиксированный сдвиг фаз (0 или p ) и потому не содержит квадратной составляющей, что ухудшает пропускную способность каналов преобразователей по числу передаваемых координат и ведет к увеличению необходимого числа каналов. Известные преобразователи не обеспечивают перекодировки пространственных угловых координат из параметров четырех входных сигналов в параметры только двух выходных сигналов суммарного и одного из разностных.

Наиболее близким по функциональной схеме к заявляемому является преобразователь сигналов для двухкоординатных МП, содержащий четыре суммарно-разностных устройства, первый ФВ на -π/2 и второй ФВ на +π/2 причем первый вход преобразователя непосредственно, а второй его вход через первый ФВ объединены первым суммарно-разностным устройством, третий вход преобразователя через второй ФВ, а четвертый его вход непосредственно объединены вторым суммарно-разностным устройством; суммарные и разностные выходы первого и второго суммарно-разностных устройств объединены соответственно третьим и четвертым суммарно-разностным устройствами, выходы которых являются выходами преобразователя (например, Э.Ф.Свиридов. сравнительная эффективность моноимпульсных радиолокационных систем пеленгации, М. Судостроение, 1964 г. рис. 6 на стр. 25).

Данный преобразователь формирует следующие выходные сигналы (см. там же, формулы 1.37 и 1.38 на стр. 25).

В случае, когда угловые координаты α и β заключены в амплитудных параметрах входных сигналов, выражения для выходных сигналов, с учетом формул (2), преобразуются к виду

В случае, когда угловые координаты α и β заключены в фазовых параметрах входных сигналов, выражения для выходных сигналов, с учетом формул (4), преобразуются к виду

Как видно из формул (6) и (7), каждый из выходных сигналов данного преобразователя является функцией обеих угловых координат, причем Σa, Δαa, Δβa комплексные и имеют действительные и мнимые составляющие, а суммарный Σф и разностные Δαф, Δβф сигналы в квадратуре.

Возможность сопряжения амплитудно и фазочувствительных антенн с суммарно-разностным УД характеризуется следующими соотношениями выходных сигналов преобразователя

Из соотношений (9) видно, что лишь действительная часть отношений Δαa/Σa, Δβa/Σa может служить оценкой угловых координат α и β соответственно, в то время как мнимая часть указанных отношений не содержит угловой информации, что, во-первых, ухудшает пропускную способность каналов преобразователя по числу передаваемых угловых координат, а во-вторых, ведет к потере части поступившей энергии входных сигналов.

Из соотношений (9) видно, что имеют место лишь мнимые части отношений Daф/Σф и Δβф/Σф однако и они не могут непосредственно служить оценкам угловых координат α и β в виду наличия перекрестных связей по ортогональным координатам.

Таким образом, состав элементов и функциональных связей, а также параметры ФЗ известного преобразователя не обеспечивают перекодировки угловых координат как из амплитудных, так и из фазовых параметров четырех входных сигналов в параметры лишь двух выходных сигналов (суммарного и одного из разностных).

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатком а именно, повышение пропускной способности каналов по числу одновременно передаваемых координат путем перекодировки пространственных координат a и β из четырех входных сигналов в два выходных сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь сигналов для МП, содержащий четыре суммарно-разностных устройства и первый фазовращатель на -π/2 причем первый вход преобразователя непосредственно, а второй его вход через первый фазовращатель подключен ко входам первого суммарно-разностного устройства, четвертый вход преобразователя соединен с одним из входов второго суммарно-разностного устройства; суммарные и разностные выходы первого и второго суммарно-разностных устройств объединены соответственно третьим и четвертым суммарно-разностными устройствами, выходы которых являются выходами преобразователя, дополнительно введен второй фазовращатель на -π/2 через который третий вход преобразователя соединен с другим входом третьего суммарно-разностного устройства.

Введение второго ФВ на -π/2 и его функциональных связей обеспечивает перекодировку обеих угловых координат α и β как из амплитудных, так и из фазовых параметров четырех входных сигналов одновременно в амплитудные и в фазовые параметры двух выходных сигналов (суммарного и одного из разностных).

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя сигналов для МП. В состав преобразователя входят четыре суммарно-разностных устройства и два ФВ на -π/2 Преобразователь имеет четыре входа и четыре выхода для Σ сигнала, двух разностных сигналов Da и Δβ и для квадрупольного сигнала Dk подключенного на поглощающую нагрузку. Указанные блоки идентичны одноименным блокам прототипа.

Устройство функционирует следующим образом.

При поступлении сигналов A, B, C, D на входы преобразователя, на его выходах формируются сигналы
Σ=0,5[A+D-j(B+C)

В случае, когда угловые координаты α и β заключены в амплитудных параметрах входных сигналов A, B, C, D выражения для S, Δα и Δβ преобразуются к виду:

В случае, когда угловые координаты α и β заключены в фазовых параметрах входных сигналов A, B, C, D выражения для S, Δa и Δβ преобразуются к виду:

Выходные сигналы преобразователя служат для оценки угловых координат α и β поскольку их отношения Da, βa/Σa и Δα, βф/Σф равны:

Из выражений (13) и (14) видно, что они содержат вещественные и мнимые составляющие, одна из которых является функцией азимутальной (α) а другая - угломестной (β) координат. Таким образом, предложенный преобразователь обеспечивает перекодировку пространственных угловых координат из четырех входных сигналов только в два выходных сигнала (суммарный и один из разностных), что повышает пропускную способность каналов преобразователя по числу одновременно передаваемых координат.

Сравнение (13) и (8) также позволяет сделать вывод о том, что предложенный преобразователь обеспечивает и более полное, по сравнению с прототипом, использование энергетических характеристик (использование энергии обеих квадратурных составляющих выходных сигналов вместо одной).

Технический эффект от внедрения предложенного преобразователя для МП в сравнении с выбранным прототипом заключается в возможности использования двухканального углового дискриминатора (вместо трехканального), что особенно важно применительно к бортовой аппаратуре, ввиду жестких ограничений по массо-габаритным параметрам и потребляемой мощности.

Использование: для сопряжения амплитудно- и фазочувствительных антенн и угловых дискриминаторов с аддитивной обработкой сигналов. В состав преобразователя входит суммарно-разностное устройство, выполненное по традиционной четырехмостовой схеме. Для повышения его пропускной способности путем передачи угловых координат из четырех входных сигналов в два выходных (суммарный и один из разностных) он содержит два фазовращателя на -π/2 , включенных между соответствующими входами преобразователя и суммарно-разностного устройства. 1 ил.

Преобразователь сигналов для моноимпульсных радиолокаторов, содержащий четыре суммарно-разностных устройства и первый фазовращатель на -π/2, причем первый вход преобразователя непосредственно, а второй его вход через первый фазовращатель на -π/2 подключены к входам первого суммарно-разностного устройства, четвертый вход преобразователя соединен с одним из входов второго суммарно-разностного устройства, суммарные и разностные выходы первого и второго суммарно-разностных устройств объединены соответственно третьим и четвертым суммарно-разностными устройствами, выходы которых являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что дополнительно введен второй фазовращатель на -π/2, через который третий вход преобразователя соединен с другим входом второго суммарно-разностного устройства.