ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 1998 года по МПК G01S3/10 

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

Известные амплитудные пеленгаторы содержат антенну с двумя разнесенными по углу диаграммами направленности (ДН) и два логарифмических приемника, соединенных с вычитателем.

Наиболее близким к рассматриваемому пеленгатору можно считать пеленгатор [I] , 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 диаграмм направленности.

Наличие рассеивающей среды нарушает когерентность поля в месте приема и вызывает известное расширение ДН антенн [2]. Степень подобного расширения, в зависимости от условий распространения на трассе, может достигать полутора - двух раз, что является причиной трехкратного и более, снижения ПЧ по сравнению с ее значением в когерентном поле. Другой причиной изменения ширины ДН (а следовательно и ПЧ) является изменение частоты излучения источника колебаний. Использование в этих условиях для определения пеленга, значения ПЧ справедливого для когерентного поля, приводит в известном пеленгаторе [I] к появлению дополнительной ошибки (к смещению оценки пеленга) и нестабильности ПЧ в диапазоне изменения частоты сигнала в вариациях условий распространения радиоволн на трассе.

Рассматриваемый пеленгатор позволяет стабилизировать пеленгационную чувствительность и повысить точность пеленгования источников излучения в рассеивающих средах.

С этой целью в известном пеленгаторе [I], содержащем антенну с двумя одинаковыми, разнесенными по углу диаграммами направленности и с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник подключен к соответствующему входу первого вычитателя, антенна выполнена с тремя одинаковыми диаграммами направленности, две из которых симметрично отвернуты относительно средней диаграммы направленности на регулируемую величину углового разнесения, и имеет управляющий угловым разнесением вход и третий выход. Кроме того, введены третий логарифмический приемник, подключенный к третьему выходу антенны, второй вычитатель, входы которого соединены с выходами второго и третьего логарифмических приемников, сумматор и третий вычитатель. входы которых подключены к выходам первого и второго вычитателей, три делителя, перемножитель, блок задержки и индикатор, соединенный с выходом первого делителя. Причем выход третьего вычитателя подключен к первому входу второго делителя, выход которого соединен с первыми входами первого и третьего делителей. Управляющий угловым разнесением вход антенны соединен с выходом перемножителя и входом блока задержки, выход которого подключен к вторым входам второго и третьего делителей. Выход третьего делителя подключен к входу перемножителя, второй вход которого является входом стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности.

На фиг. 1 приведена структурная схема пеленгатора; на фиг. 2 поясняется принцип формирования оценки пеленга.

Пеленгатор (фиг. 1) содержит антенну 1, выполненную с тремя одинаковыми диаграммами направленности с регулируемым угловым разнесением, с тремя выходами и управляющим входом, три логарифмических приемника 2, 3 и 4, первый 5 и второй 6 вычитатели, сумматор 7, индикатор 8, первый делитель 9, перемножитель 10, второй 11 и третий 12 делители, блок 13 задержки, третий вычитатель 14 и клемму К ввода стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности.

На фиг. 2 позициями 1, 2 и 3 обозначены, соответственно, первая, вторая и третья диаграммы направленности пеленгатора, отображаемые на выходах логарифмических приемников. Позициями 4 и 5 отмечены парциальные пеленгационные характеристики.

Для описания работы пеленгатора необходимо сделать некоторые аналитические пояснения.

Пеленгационная характеристика обычного двухканального пеленгатора аналитически представляется в виде зависимости, выраженной в децибелах, разностной амплитуды ΔU от пеленга α, отсчитываемого, как правило, от равносигнального направления

где
ΔU - разностная амплитуда, дБ;
U₁, U₂ - амплитуды на выходах антенны;
α_p - величина углового разнесения ДН, град.;
α - пеленг, град.;
θ - ширина ДН пеленгатора на уровне 3 дБ от максимума, град.;

μ_o - крутизна ПХ - пеленгационная чувствительность пеленгатора в когерентном поле, дБ/град.

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

Для частично когерентного поля в месте приема выражение для пеленгационной чувствительности логично представить в виде

где
μ - действительная, существующая в данных условиях распространения радиоволн на частоте сигнала, крутизна пеленгационной характеристики;
θ_эфф - эффективная, реально существующая в данных условиях, на частоте сигнала, ширина ДН пеленгатора.

Аналогично (3), пеленг

В общем случае θ_эфф больше θ и только в когерентном поле они равны. Из этого следует, что крутизна μ в общем случае меньше крутизны μ_o , а оценка пеленга, производимая на трассах с рассеянием по алгоритму (3), оказывается смещенной, причем в сторону ее приближения к равносигнальному направлению. Использование трехлучевой, трехканальной структуры пеленгатора позволяет избежать подобного смещения оценки.

Учитывая (3) и фиг. 2, выражение для пеленга, отсчитываемого от положения максимума средней ДН, по двум линейным в некотором секторе, перекрывающимся парциальным пеленгационным характеристикам 4 и 5, могут быть представлены в виде системы

где

разности логарифмов амплитуд, соответственно, между первым - вторым и вторым - третьим выходами антенны, дБ.

Решение системы приводит к необходимым алгоритмам оценки неизвестных значений ПЧ и пеленга

где

Алгоритмы (6) и (7) позволяют устранить смещение оценки пеленга посредством исключения неопределенности в ПЧ. Вместе с тем, это не устраняет нестабильность ПЧ в диапазоне изменения частоты сигнала и меняющихся условиях распространения радиоволн, что, например, приводит к неравноточности измерений.

Из (4) следует, что добиться стабилизации ПЧ можно посредством изменения углового разнесения. В этом случае (4) можно записать в виде

где
μ_ст - стабилизируемое значение крутизны ПХ, задаваемое их тактико-технических требований к пеленгатору (или программно);
α1p/

- требуемое для выполнения равенства (8) значение углового разнесения в данных, конкретных условиях распространения радиоволн при существующей частоте излучения источника.

Из (8) следует условие стабилизации ПЧ

Определить неизвестную в (9) ширину θ_эфф возможно из равенства правых частей (4) и (6)
θ2эфф

= 24α_p/δ. (10)
В результате, следующий из (9) и (10) искомый алгоритм стабилизации ПЧ имеет вид выражения описывающего процесс адаптивной перестройки углового разнесения

где
α1p является последующим (требуемым), а α_p - настоящим, существующим в момент оценки μ по алгоритму (6), значениями углового разнесения диаграмм направленности.

Работу пеленгатора в целом, можно объяснить следующим образом.

В антенне 1 формируются три одинаковые ДН, из которых первая и третья симметрично отвернуты относительно второй - средней ДН на величину углового разнесения α_p . Колебания с выходов антенны усиливаются, детектируются, логарифмируются в логарифмических приемниках 2, 3, 4 и далее, в вычислителях 5 и 6, вычитаются. При этом амплитуда разностного сигнала Δ U_1,2, образующаяся на выходе первого вычитателя 5, пропорциональна разности логарифмов амплитуд на первом и втором выходах антенны, а разностная амплитуда Δ U_2,3, образующаяся на выходе второго вычитателя 6, пропорциональна разности логарифмов амплитуд на втором и третьем выходах антенны. Далее, разностные амплитуды Δ U_1,2 и Δ U_2,3 суммируются в сумматоре 7, образуя суммарную амплитуду Σ и вычитаются в третьем вычитателе 14, на выходе которого формируется разностная амплитуда δ. Во втором делителе 11 амплитуда δ делится на существующее в настоящий момент значение углового разнесения α_p, в результате чего на выходе второго делителя согласно алгоритма (6) образуется существующее в настоящий момент значение пеленгационной чувствительности μ. В первом делителе 9 посредством деления суммарной амплитуды Σ на удвоенное значение ПЧ μ, в соответствии с алгоритмом (7) формируется оценка пеленга, отображаемая на индикаторе 8.

Для формирования сигнала перестройки углового разнесения на вход третьего делителя 12 поступает значение углового разнесения α_p существующее в настоящий момент. Это значения делится на значение ПЧ μ формируемое на выходе второго делителя 11. Результат деления перемножается в перемножителе 10 с введенным на клемму К требуемым значение ПЧ, образуя на выходе перемножителя согласно алгоритму (II), требуемое последующее значение углового разнесения α1p

. Это значение поступает на управляющий вход антенны, где и производится его установка. Блок 13 задержки задерживает использование последующего значения α1p в качестве существующего в данный момент разнесения α_p, образуемого на его выходе. Величина задержки складывается из времени перестройки углового разнесения и времени распространения сигналов от антенны до первого делителя 9, формирующего оценку пеленга.

Пеленгатор обеспечивает, во-первых, повышение точности пеленгования, вследствие устранения априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности; во-вторых, ее стабилизацию на заданном уровне посредством адаптивной перестройки углового разнесения диаграмм направленности; в-третьих, следующую из этого возможность программного управления пеленгационной чувствительностью в диапазоне вариаций условий распространения радиоволн в рассеивающих средах; и, в-четвертых, частотную независимость, означающую отсутствие необходимости измерения частоты принимаемого сигнала.

Источники информации
1. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Сов. радио, 1970, с. 18, рис. 1.7.

2. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. - М.: Сов. радио. 1970, с. 265 - 266.

Использование: в радиомаячных системах навигации. Пеленгатор обеспечивает, во-первых, повышение точности пеленгования, вследствие устранения априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности (ПЧ); во-вторых, ее стабилизацию на заданном уровне, посредством адаптивной перестройки углового разнесения диаграмм направленности (ДН); в-третьих, следующую из этого возможность программного управления ПЧ в диапазоне вариаций условий распространения радиоволн в рассеивающих средах; и, в-четвертых, частотную независимость, означающую отсутствие необходимости измерения частоты принимаемого сигнала. Сущность изобретения: в пеленгаторе, содержащем антенну с двумя одинаковыми, разнесенными по углу ДН и с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник подключен к соответствующему входу первого вычитателя, антенна, выполненная с тремя одинаковыми ДН, две из которых симметрично отвернуты относительно средней ДН на регулируемую величину углового разнесения, имеет управляющий угловым разнесением вход и третий выход. Кроме того введены, третий логарифмический приемник, подключенный к третьему выходу антенны, второй вычитатель, входы которого соединены с выходами второго и третьего логарифмических приемников, сумматор и третий вычитатель, входы которых подключены к выходам первого и второго вычитателей, три делителя, перемножитель, блок задержки и индикатор, соединенный с выходом первого делителя. Причем, выход третьего вычитателя подклю-чен к первому входу второго делителя, выход которого соединен с первыми входами первого и третьего делителей. Управляющий угловым разнесением вход антенны соединен с выходом перемножителя и входом блока задержки, выход которого подключен к вторым входам второго и третьего дели- телей. Выход третьего делителя подключен к входу перемножителя, второй вход которого является входом стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности, величина которой устанавливается на основании тех или иных тактико-технических требований предъявляемых к пеленгатору. 2 ил.

Пеленгатор, содержащий антенну с двумя одинаковыми, разнесенными по углу диаграммами направленности и с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник подключен к соответствующему входу первого вычитателя, отличающийся тем, что антенна выполнена с тремя одинаковыми диаграммами направленности, две из которых симметрично отвернуты относительно средней диаграммы направленности на регулируемую величину углового разнесения, и имеет управляющий угловым разнесением вход и третий выход, а также введены третий логарифмический приемник, подключенный к третьему выходу антенны, второй вычитатель, входы которого соединены с выходами второго и третьего логарифмических приемников, сумматор и третий вычитатель, входы которых подключены к выходам первого и второго вычитателей, три делителя, перемножитель, блок задержки и индикатор, соединенный с выходом первого делителя, причем выход третьего вычитателя подключен к первому входу второго делителя, выход которого соединен с первым входами первого и третьего делителей, второй вход первого делителя соединен с выходом сумматора, управляющий угловым разнесением вход антенны соединен с выходом перемножителя и входом блока задержки, выход которого подключен к вторым входам второго и третьего делителей, выход третьего делителя подключен к входу перемножителя, второй вход которого является входом стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности.