ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК Российский патент 1998 года по МПК H04B7/04 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для анализа электромагнитной обстановки (ЭМО), разведки и подавления помехами радиолиний, в том числе с быстрой псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (БППРЧ).

Как известно [Вартанесян В.А. Радиоэлектронная разведка. -М.: Воениздат, 1975, стр. 151-169] , для обнаружения, распознавания и анализа сигналов применяются панорамные приемники последовательного и параллельного типов. Для обеспечения радиоэлектронного подавления с их помощью выделяются сигналы интересующих радиолиний, определяются их частоты и соответственно настраиваются передатчики помех. Панорамные приемники последовательного типа имеют сравнительно низкую скорость обзора и поэтому неэффективны при разведке кратковременных сигналов в широкой полосе частот. Скорость перестройки частоты в радиолиниях с БППРЧ обычно составляет 100-300 скачков в секунду.

Для разведки кратковременных импульсных сигналов, в частности сигналов с БППРЧ, более целесообразно использовать панорамные приемники параллельного типа. Основой таких приемников является блок параллельного анализа (БПА), состоящий из большого числа параллельных каналов обработки со смещенными полосами анализа, перекрывающими полосу одновременного обзора. Такие каналы могут быть выполнены либо на основе гребенки полосовых фильтров со смещенными полосами пропускания, либо на основе одинаковых полосовых фильтров по супергетеродинной схеме с использованием генератора сетки опорных частот (ГСОЧ).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является панорамный приемник параллельного типа, описанный в книге Вартанесяна В.А. "Радиоэлектронная разведка", М. , Воениздат, стр. 162, рис. 4.17. Функциональная схема этого приемника представлена на фиг. 1, где обозначено:
1 - приемная антенна;
2 - радиотракт;
3 - синтезатор частот;
4 - генератор сетки опорных частот;
5 - блок управления;
6 - блок параллельного анализа (БПА);
61 - смесители;
62 - полосовые усилители;
63 - амплитудные детекторы;
7 - коммутатор;
8 - блок индикации;
9 - передатчик помех.

Выход антенны 1 соединен с сигнальным входом радиотракта 2, опорный вход которого соединен с выходом синтезатора частот 3, а выход радиотракта 2 соединен с сигнальным входом блока параллельного анализа 6, n опорных входов которого соединены с соответствующими выходами генератора сетки опорных частот 4, а n выходов соединены с соответствующими сигнальными входами коммутатора 7, выход которого соединен с сигнальным входом блока индикации 8, а управляющие входы синтезатора частот 3, коммутатора 7 и блока индикации 8 соединены с соответствующими выходами блока управления 5.

Работа устройства - прототипа происходит следующим образом. Сигналы с выхода приемной антенны 1 поступают на сигнальный вход радиотракта 2, где предварительно фильтруются, усиливаются и переносятся на промежуточную частоту, в полосе которой работает БПА 6. Смена анализируемых частотных диапазонов происходит за счет перестройки синтезатора частот 3, вырабатывающего опорное колебание для смесителя радиотракта.

Каждый канал БПА 6 состоит из смесителя 61, полосового усилителя 62 и амплитудного детектора 63. Относительный сдвиг полос частот анализа достигается разносом частот опорных колебаний в соседних каналах примерно на величину полосы. Сетка опорных колебаний вырабатывается ГСОЧ 4. Полосы частот каналов примыкают друг к другу и образуют сплошную широкую полосу одновременного обзора. Для расширения динамического диапазона каждый канал может иметь логарифмический усилитель. На выходах амплитудных детекторов 63 формируются напряжения, соответствующие мощности сигнала в полосе частот каждого канала, которые характеризуют распределение спектральной плотности входного процесса. В устройстве - прототипе блок индикации 8 выполнен на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) с синхронизируемым генератором горизонтальной развертки. Для индикации спектра входного процесса на экране ЭЛТ производится переключение выходов канальных детекторов с помощью коммутатора 7. С выхода коммутатора 7 сигнал подается на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Процессы переключения выходов детекторов и горизонтальной развертки синхронизованы сигналом с выхода блока управления 5. При высоких скоростях переключения на экране ЭЛТ можно наблюдать спектры кратковременных импульсных сигналов, в том числе и сигналов радиолиний с БППРЧ, и соответственно перестраивать передатчик помех 9.

Однако устройство - прототип не может, во-первых, разделять сигналы нескольких радиолиний с БППРЧ, одновременно работающих в общем частотном диапазоне; во-вторых, при обеспечении радиоэлектронного подавления время запаздывания следящей помехи относительно сигнала может оказаться недопустимо большим из-за необходимости перестройки передатчика помех.

Для обеспечения эффективного избирательного подавления одной выбранной из нескольких радиолиний с БППРЧ, одновременно работающих в общем частотном диапазоне, используются: селекция по направлению прихода сигналов; селекция по уровню сигналов; селекция по времени скачков частоты; а время настройки передатчика помех исключается.

Для этого в устройство, содержащее первую приемную антенну, первый синтезатор частот, первый радиотракт, генератор сетки опорных частот, первый блок параллельного анализа, первый коммутатор, блок индикации и блок управления, введены приемная антенна, второй коммутатор, второй радиотракт, второй блок параллельного анализа, первый - четвертый ключи, инвертор, m-1 синтезаторов, устройство сканирования диаграммой направленности, формирователь помех, усилитель мощности, передающая антенна, первый и второй блоки формирования импульсов скачков частоты, первая и вторая разностные схемы, блок памяти и селекции по пеленгу, сумматор, блок формирования порогов, ключевая матрица, n+1, блок селекции по уровню и блок восстановления тактовой частоты, причем выход первой приемной антенны через первый ключ соединен с первым входом первого радиотракта, а выход второй приемной антенны через второй ключ соединен с первым входом второго радиотракта, вторые входы первого и второго ключей объединены и соединены со входом инвертора и первым выходом блока управления, выход инвертора соединен со вторым входом третьего ключа, выход которого соединен с последовательно соединенными усилителем мощности и передающей антенной, а первый вход третьего ключа соединен с выходом формирователя помех, второй выход которого соединен с выходом второго коммутатора, а первый вход соединен с выходом первого коммутатора и со вторыми входами первого и второго радиотрактов, выходы которых соединены с (n+1)-ми входами первого и второго блоков параллельного анализа, второй выход блока управления соединен с (m+1)-м входом первого коммутатора, первые m входов которого через синтезаторы частот соединены с m выходами блока управления (начиная с третьего), (m+3)-й выход которого через устройство сканирования соединен с управляющим входом второй приемной антенны, n опорных входов первого и второго блоков параллельного анализа попарно соединены с соответствующими выходами генератора сетки опорных частот и входами второго коммутатора, вторые n входов которого соединены с соответствующими выходами ключевой матрицы, первые n входов которой соединены с первыми n выходами блока памяти и селекции по пеленгу, (n+2)-й выход которого соединен с третьим входом блока индикации, (n+1)-й выход блока памяти и селекции по пеленгу соединен со вторым входом четвертого ключа, (n+3)-й выход блока памяти и селекции по пеленгу соединен со вторым входом блока управления, (m+4)-й выход которого соединен с (n+1)-ми входами разностных схем, а (m+5)-й выход блока управления соединен с (5n+1)-м входом блока памяти и селекции по пеленгу, первые n входов которого соединены с соответствующими выходами первого блока параллельного анализа, входами первого блока формирования импульсов скачков частоты и первой разностной схемы, n выходов которой соединены с n входами блока памяти и селекции по пеленгу и первыми входами n блоков селекции по уровню, выходы которых соединены со вторым n входами ключевой матрицы, вторые входы всех блоков селекции по уровню объединены и соединены с третьим выходом блока формирования порогов, четвертый выход которого соединен с третьими входами блоков селекции по уровню, первый и второй выходы блока формирования порогов соединены с соответствующими входами блока индикации, n выходов первого блока формирования импульсов скачков частоты соединены со входами сумматора и с n входами блока памяти и селекции по пеленгу, выход сумматора (n+1) блок селекции по уровню и четвертый ключ соединены со входом блока восстановления тактовой частоты, выход которого соединен с первым входом блока управления, n выходов второго блока параллельного анализа соединены с соответствующими входами второго блока формирования импульсов скачков частоты и второй разностной схемы, n выходов второго блока формирования импульсов скачков частоты соединены с n входами блока памяти и селекции по пеленгу, а n выходов второй разностной схемы соединены с соответствующими n входами блока памяти и селекции по пеленгу.

Функциональная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1, где обозначено:
1 - приемная антенна с круговой диаграммой направленности;
2 - приемная антенна со сканирующей диаграммой направленности, имеющей нулевой провал (например, кардиоидной);
3¹, 3², 3³, 3⁴ - ключи;
4 - инвертор;
5 - формирователь помех;
6 - усилитель мощности;
7 - передающая антенна;
8 8¹, 8² - коммутаторы;
9 - устройство сканирования;
10¹, 10² - радиотракты;
11¹, ..., 11^m - синтезаторы частот;
12 - блок управления;
13 - генератор сетки опорных частот (ГСОЧ);
14¹, 14² - блоки параллельного анализа (БПА);
15¹, 15² - блоки формирования импульсов скачков частоты (БФИСЧ);
16¹, 16² - разностные схемы;
17 - блок памяти и селекции по пеленгу (БПСП);
18 - блок индикации;
19 - сумматор;
20 - блок формирования порогов (БФП);
21 - ключевая матрица;
22¹, 22²,..., 22ⁿ⁺¹ - блоки селекции по уровню (БСУ);
23 - блок восстановления тактовой частоты (БВТЧ).

Эффективная работа предлагаемого устройства при наличии нескольких передатчиков с ППРЧ возможна при наличии некоторой априорной информации о передатчике, сигналы которого подлежат подавлению. Эта информация может быть задана в виде координат передатчика или направления на него из пункта разведки. Априорная информация используется для предварительной установки нулевого провала диаграммы направленности второй антенны 2 в направлении на заданный передатчик с помощью устройства сканирования 9.

Работа устройства происходит в двух режимах: в режиме предварительной разведки и в режиме исполнительной разведки - подавления. В режиме предварительной разведки производится обнаружение сигнала заданного передатчика с селекцией по пеленгу и уровню, а также установление тактовой синхронизации. В режиме исполнительной разведки - подавления осуществляется поддержание тактовой синхронизации и подавление прицельными помехами сигналов заданного передатчика. Первая приемная антенна 1 имеет круговую диаграмму направленности, а вторая 2 - сканирующую диаграмму с нулевым провалом, например, кардиоидную (фиг. 3). Сигналы, приходящие с направления провала, на выходе второго радиотракта 10² имеют амплитуду, близкую к нулю, в то время, как на выходе первого радиотракта 10¹ амплитуда сигналов не зависит от направления прихода. Ключи 3¹, 3² и 3³ работают противофазно: в режиме разведки ключи 3¹ и 3² открыты, ключ 3³ закрыт, в режиме подавления наоборот. Быстрая смена частотных поддиапазонов с полосой параллельного анализа Δf_пар в полосе обзора Δf_обз осуществляется переключением выходов синтезаторов 11¹, 11²,..., 11^m с помощью коммутатора 8¹, смена полос обзора осуществляется перестройкой этих синтезаторов.

На выходах 1,2,..., n БПА 14 формируются оценки спектральной плотности входного процесса в полосе параллельного анализа. В полосе обзора, которая просматривается за цикл, укладывается m полос параллельного анализа.

Δf_обз = mΔf_пар.
При попадании элемента сигнала с ППРЧ в один из каналов БПА 14 на его выходе образуется видеоимпульс, близкий к прямоугольному. При его дифференцировании выделяется короткий положительный импульс, соответствующий переднему фронту и отрицательный, соответствующий заднему фронту. Временные диаграммы работы устройства в режиме предварительной разведки приведены на фиг. 4. Частота опорных сигналов радиотрактов 10¹ и 10² при переключении выходов синтезаторов 11¹, 11²,..., 11^m изменяется скачкообразно в пределах полосы обзора. Время стояния на одной частоте T₁ гораздо меньше длительности одного элемента сигнала с ППРЧ τ_э
T₁ ≪ τ_э.
В режиме предварительной разведки поочередно производится либо запись уровней сигналов во всех mn частотных каналах (после окончания переходных процессов), либо поиск заднего фронта (окончания элемента сигнала). В цикле записи за один просмотр полосы обзора Δf_обз величины напряжений с выходов обоих БПА 14¹ и 14² записываются в память разностных схем 16¹ и 16². Чтобы обеспечить простой анализ спектра, сигналы с выхода 14¹ записываются в память 17.

В начале поиска заднего фронта в каждом шаге перестройки гетеродина:
вычисляются разности ΔU уровней сигналов, разделенных некоторым временным промежутком, в каждом из mn частотных каналов для каждой антенны в блоках 16¹ и 16².

вычисляются отношения разностей уровней сигналов с выходов первой 1 и второй 2 антенн ΔU₁/ΔU₂ для каждого частотного канала в блоке 17;
вычисленные отношения сравниваются с порогом П также в блоке 17.

Если на данном шаге в некотором частотном канале (ΔU₁/ΔU₂) > П, перестройка гетеродина останавливается до появления на выходах соответствующих блоков 15¹ и 15² заднего фронта. После селекции по пеленгу в блоке 17 и по уровню в блоке 22ⁿ⁺¹ импульсы задних фронтов используются для установления тактовой синхронизации.

Формирование разности производится с целью обнаружения скачка напряжения за счет сигнала с ППРЧ и исключения непрерывных сигналов обычных узкополосных радиопередатчиков. Формирование импульса разности, амплитуда которого связана с амплитудой сигнала с ППРЧ, производится согласно функциональной схеме, приведенной на фиг. 5. Всего разностные схемы 16¹ и 16² содержат по n таких параллельных каналов.

Формирование импульса заднего фронта, амплитуда которого связана с амплитудой сигнала с ППРЧ, производится согласно функциональной схеме, приведенной на фиг. 6. Блоки 15¹ и 15² содержат по n таких параллельных каналов.

При превышении отношением ΔU₁/ΔU₂ порогового уровня значения амплитуд импульсов записываются в память. Таким образом формируется некоторая статистика. Эти импульсы могут быть выведены на экран блока индикации 18.

Примерная картина при работе двух радиопередатчиков с ППРЧ приведена на фиг. 7 ΔU₁ соответствует первой антенне 1, ΔU₂ - второй антенне 2. Если направление провала совпадает с направлением, например, на второй передатчик, его импульсы с выхода второй антенны 2 будут иметь минимальную амплитуду. Очевидно, отношение амплитуд импульсов второго передатчика с первой 1 и второй 2 антенн при этом будет максимальным.

Таким образом, селекция импульсов по пеленгу достигается установкой нулевого провала диаграммы направленности второй антенны 2 на направление выбранного передатчика. Критерием служит отношение амплитуд ΔU₁/ΔU₂ импульсов с выходов первой и второй разностных схем 16. При проверке импульс считается истинным, если это отношение превышает некоторый порог П.

На фиг. 2 селекция импульсов разности и импульсов фронта по пеленгу производится в блоке 17. Решение об истинности импульса фронта выдается в виде импульса по выходу (n+1), отпирающего ключ 3⁴. Решение об истинности импульса разности выдается по одному из выходов 1,2,..., n в виде импульса, отпирающего соответствующий ключ матрицы 21.

Селекции импульсов разности по уровню осуществляется в блоках 22, которые могут быть выполнены по функциональной схеме, приведенной на фиг. 8. Согласно этой схеме, импульс на выходе образуется только в том случае, когда амплитуда входного импульса находится между порогами П1 и П2 (фиг. 9).

Пороги П1 и П2 на схеме фиг. 2 формируются блоком 20, который может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг. 10.

Величины порогов П1 и П2 могут быть выставлены с помощью блока индикации 18 для последовательности импульсов выделенного передатчика. Сумматор 19 объединяет импульсы фронтов всех каналов БПА 14¹. В результате импульсы фронтов, отселектированные по пеленгу и уровню, поступают на блок восстановления тактовой частоты 23, который исправляет дефекты (пропуски импульсов и ложные импульсы) входной импульсной последовательности (фиг. 11).

Примеры выполнения систем тактовой синхронизации приведены во многих книгах, например, в [Машбиц Л.М. Цифровая обработка сигналов в радиотелеграфной связи. М. Связь, 1974, стр. 115-118].

С установлением тактовой синхронизации по сигналу выбранного передатчика и совмещением нулевого провала диаграммы направленности второй антенны 2 с направлением прихода сигнала режим предварительной разведки заканчивается и устройство переходит в режим исполнительной разведки - подавления. Временные диаграммы работы устройства в режиме исполнительной разведки - подавления приведены на фиг. 12.

На фиг. 12 показаны соответственно:
U_ог(t) - огибающая сигнала ППРЧ (независимо от частоты);
U_TU(t) - тактовые импульсы, синхронные с импульсами скачков частоты сигнала ППРЧ;
T_ц(t) - циклы разведки (P) и подавления (П).

Циклы разведки - подавления привязаны к моментам тактовых импульсов, причем цикл подавления заканчивается несколько раньше окончания элемента сигнала. Это необходимо для выделения импульсов заднего фронта. При этом поиска частоты элемента не требуется. Отводимое время равно T_Р.Ф - времени разведки фронта. После этого начинается просмотр всей полосы обзора с целью записей уровней сигналов с выходов каналов БПА, поиска частоты элемента с формированием импульса разности и проверкой его на истинность. На это выделяется время T_PP - время разведки импульса разности. Импульс разности, отселектированный по пеленгу в блоке 17, формирует на одном из выходов 1, 2,.. . , n этого блока разрешающий импульс для ключевой матрицы 21. Аналогичный импульс, сформированный в разностной схеме 16¹, проверяются по уровню в блоках 22¹, 22², ..., 22ⁿ и при положительном исходе появляется на соответствующем выходе ключевой матрицы в качестве управляющего импульса для коммутатора 8².

Функциональная схема ключевой матрицы 21 приведена на фиг. 13, где ФИП - формирователь импульсов подавления длительностью T_П.

Функциональная схема коммутатора 8² аналогична схеме ключевой матрицы 21 без блоков ФИП, выходы которой подсоединены ко входам сумматора. Импульс с выхода ключевой матрицы 21 отпирает ключ, который пропускает на выход сумматора опорный сигнал с соответствующего выхода ГСОЧ 13. Этот сигнал поступает на один из входов формирователя помехи 5, который представляет собой преобразователь частоты с внутренней модуляцией. В результате на выходе формируется помеха с центральной частотой, близкой к частоте элемента сигнала с ППРЧ. Эта помеха усиливается в усилителе 6 и излучается антенной 7. Все управляющие сигналы формируются в блоке управления 12 и привязаны к тактовым импульсам с выхода БВТЧ 23. Наличие блока индикации 18 предполагает участие оператора, который может управлять работой устройства (в частности, устанавливать пороги П1 и П2), однако устройство способно работать и в автоматическом режиме и управляться ЭВМ, которая может также осуществлять цифровую обработку сигналов.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для анализа электромагнитной обстановки, разведки и подавления радиоизлучений, в том числе и с псевдослучайной перестройкой частоты (ППРЧ). Достигаемым техническим результатом является обеспечение эффективного избирательного подавления одной выбранной из нескольких радиолиний с ППРЧ, одновременно работающих в общем частотном диапазоне, для чего используются селекция по направлению прихода сигналов, селекция по уровню сигналов, селекция по моментам скачков частоты. В предлагаемом приемопередатчике осуществляется последовательно параллельный поиск сигнала по частоте двумя каналами с различными диаграммами направленности приемных антенн, селекция по пеленгу проводится на основе сравнения сигналов с выходов этих каналов, а тактовая синхронизация ведется по задним фронтам элементов сигнала. В результате становится возможным излучение помехи, прицельной по частоте и времени. 13 ил.

Приемопередатчик, содержащий первую антенну, первый синтезатор частот, первый радиотракт, генератор сетки опорных частот, первый блок параллельного анализа, первый коммутатор, блок индикации и блок управления, отличающийся тем, что введены вторая приемная антенна, второй коммутатор, второй радиотракт, второй блок параллельного анализа, первый - четвертый ключи, инвертор, m - 1 синтезаторов частот, устройство сканирования диаграммой направленности, формирователь помех, усилитель мощности, передающая антенна, первый и второй блоки формирования импульсов скачков частоты, первая и вторая разностные схемы, блок памяти и селекции по пеленгу, сумматор, блок формирования порогов, ключевая матрица, n + 1 блоков селекции по уровню и блок восстановления тактовой частоты, причем выход первой приемной антенны через первый ключ соединен с первым входом первого радиотракта, а выход второй приемной антенны через второй ключ соединен с первым входом второго радиотракта, вторые входы первого и второго ключей объединены и соединены с входом инвертора и первым выходом блока управления, выход инвертора соединен с вторым входом третьего ключа, выход которого соединен с последовательно соединенными усилителем мощности и передающей антенной, а первый вход третьего ключа соединен с выходом формирователя помех, второй вход которого соединен с выходом второго коммутатора, а первый вход соединен с выходом первого коммутатора и с вторыми входами первого и второго радиотрактов, выходы которых соединены с (n + 1)-ми входами первого и второго блоков параллельного анализа, второй выход блока управления соединен с (m + 1)-м входом первого коммутатора, первые m входов которого через синтезаторы частот соединены соответственно с m выходами блока управления, (m + 3)-й выход которого через устройство сканирования соединен с управляющим входом второй приемной антенны, n опорных входов первого и второго блоков параллельного анализа попарно соединены с соответствующими выходами генератора сетки опорных частот и входами второго коммутатора, вторые n входов которого соединены с соответствующими выходами ключевой матрицы, первые n входов которой соединены с первыми n выходами блока памяти и селекции по пеленгу, (n + 2)-й выход которого соединен с третьим входом блока индикации, (n + 1)-й выход блока памяти и селекции по пеленгу соединен с вторым входом четвертого ключа, (n + 3)-й выход блока памяти и селекции по пеленгу соединен с вторым входом блока управления, (m + 4)-й выход которого соединен с (n + 1)-ми входами разностных схем, а (m + 5)-й выход блока управления соединен с (5n + 1)-м входом блока памяти и селекции по пеленгу, первые n входов которого соединены с соответствующими выходами первого блока параллельного анализа, входами первого блока формирования импульсов скачков частоты и первой разностной схемы, n выходов которой соединены с n входами блока памяти и селекции по пеленгу и первыми входами n
блоков селекции по уровню, выходы которых соединены с вторыми n входами ключевой матрицы, вторые входы всех блоков селекции по уровню объединены и соединены с третьим выходом блока формирования порогов, четвертый выход которого соединен с третьими входами всех блоков селекции по уровню, первый и второй выходы блока формирования порогов соединены с соответствующими входами блока индикации, n выходов первого блока формирования импульсов скачков частоты соединены с входами сумматора и с n входами блока памяти и селекции по пеленгу, выход сумматора через (n + 1)-й блок селекции по уровню и четвертый ключ соединен с входом блока восстановления тактовой частоты, выход которого соединен с первым входом блока управления, n выходов второго блока параллельного анализа соединены с соответствующими входами второго блока формирования импульсов скачков частоты и второй разностной схемы, n выходов второго блока формирования импульсов скачков частоты соединены с n входами блока памяти и селекции по пеленгу, а n выходов второй разностной схемы соединены с n входами блока памяти и селекции по пеленгу.