АНТЕННЫЙ КРЕСТ Российский патент 2000 года по МПК G01S5/02 

Описание патента на изобретение RU2147135C1

Предложенное устройство относится к области радионавигации и радиолокации.

Известна двухбазовая навигационная система, содержащая основную, первую базовую и вторую базовую антенны, первый и второй измерители взаимных фаз, первые входы которых объединены и соединены с выходом основной антенной и вторые входы которых соответственно соединены с выходами первой и второй базовых антенн, и блок для отождествления сигналов, входы которого соответственно соединены с выходами первого и второго измерителей взаимных фаз [1].

Недостатком известной системы является недостаточно высокое разрешение по направлениям прихода сигналов с перекрывающимися спектрами.

Известна двухбазовая навигационная система, содержащая основную, первую базовую и вторую базовую антенны, первый и второй корреляторы, первые входы которых объединены и соединены с выходом основной антенной и вторые входы которых соответственно соединены с выходами первой и второй базовых антенн, и блок для отождествления сигналов, входы которого соответственно соединены с выходами первого и второго корреляторов [2].

Недостатком известной системы является невысокая угловая разрешающая способность при пеленгации сигналов с существенно узкополосным спектром.

Известна сканирующая двумерная фазированная антенная решетка, содержащая группу распределенных на плоскости элементарных антенн, выходы которых через перестраиваемые фазовращатели соединены с входами сумматора [3].

Недостатками известного устройства являются неодновременность, существенная медленность обзора пространства и существенно большие количества элементарных антенн и перестраиваемых фазовращателей.

Известна многолучевая фазированная антенная решетка, содержащая группу распределенных на плоскости приемных элементов антенны, выходы которых через соответствующие группы неперестраиваемых фазовращателей соединены с входами группы сумматоров [4].

Недостатком этого известного устройства является необходимость использования существенно большого количества приемных элементов антенны и неперестраиваемых фазовращателей.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство, содержащее основную и первую базовую антенны, входы которых являются входами устройства, блок для формирования распределенных спектров импульсов, состоящий из узла для формирования когерентных опорных напряжений и группы блоков для введения частотных сдвигов, сигнальными входами и выходами которых образованы группа входов и группа выходов блока и опорные входы которых соединены с соответствующими выходами узла для формирования когерентных опорных напряжений, и блок для синтеза импульсных сигналов, содержащий первый и второй сумматоры, выходы которых являются первым и вторым выходами блока [5].

Недостатками известного устройства являются недостаточно большие функциональные возможности и невысокая угловая разрешающая способность при пеленгации сигналов с существенно узкополосным спектром.

Целью предложенного технического решения является расширение функциональных возможностей устройства посредством одновременного определения местоположения каждого из группы источников излучения сигналов и определения доплеровских смещений несущих частот этих сигналов и повышение информативности и быстродействия устройства путем когерентных частотных и временных уплотнений каналов обработки сигналов.

В соответствии с предложенным техническим решением в устройство, содержащее основную и первую базовую антенны, входы которых являются входами устройства, блок для формирования распределенных спектров импульсов, состоящий из узла для формирования когерентных опорных напряжений и группы блоков для введения частотных сдвигов, сигнальными входами и выходами которых образованы группа входов и группа выходов блока и опорные входы которых соединены с соответствующими выходами узла для формирования когерентных опорных напряжений, и блок для синтеза импульсных сигналов, содержащий первый и второй сумматоры, выходы которых являются первым и вторым выходами блока, введены первая группа дополнительных базовых антенн, входы которых являются входами устройства и образующие совместно с первой базовой антенной первую общую группу базовых антенн, вторая базовая антенна и вторая группа дополнительных базовых антенн, входы которых являются входами устройства и образующие вторую общую группу базовых антенн, блок для группового объединения сигналов, блок для группового разъединения сигналов, первой, второй и третьей группой выходов которого образована первая группа выходов устройства, блок для канального разъединения сигналов, первой и второй группами выходов которого образована вторая группа выходов устройства, и блок для отождествления сигналов, группами выходов которого образована третья группа выходов устройства, в блок для синтеза импульсных сигналов введен третий сумматор, выход которого является третьим выходом этого блока, и первая, вторая и третья группы фильтров, группы входов которых являются соответствующими группами входов блока и выходы которых соединены с входами соответствующих сумматоров, входы первой группы входов блока для группового объединения сигналов объединены и соединены с выходом основной антенны и входы второй и третьей групп входов этого блока соединены с выходами соответствующих антенн первой и второй общих групп базовых антенн, входы групп входов блока для формирования распределенных спектров импульсов соответственно соединены с выходами группы сигнальных выходов блока для группового объединения сигналов и выходы группы выходов этого блока соответственно соединены с входами группы сигнальных входов блока для группового разъединения сигналов, первый и третий управляющие входы блока для группового разъединения сигналов соединены с соответствующими управляющими выходами блока для группового объединения сигналов, выходы первой, второй и третьей групп выходов блока для группового разъединения сигналов соответственно соединены с входами первой, второй и третьей групп входов блока для синтеза импульсных сигналов, первый, второй и третий входы блока для канального разъединения сигналов соединены с соответствующими выходами блока для синтеза импульсных сигналов и выходы первой и второй групп выходов этого блока соединены с соответствующими входами первой и второй групп входов блока для отождествления сигналов.

В блок для группового объединения сигналов введены первая, вторая и третья группы коммутаторов, сигнальные входы которых являются соответствующими группами входов блока, группа сумматоров, выходы которых являются группой сигнальных выходов блока, генератор напряжения коммутации, выход которого является первым управляющими выходом блока, и первый и второй блоки временных сдвигов, выходы которых являются вторым и третьим управляющими выходами блока и входы которых объединены и соединены с выходом генератора напряжения коммутации, управляющие входы коммутаторов первой, второй и третьей групп коммутаторов соответственно объединены и соединены с выходом генератора напряжения коммутации, с выходом первого блока и с выходом второго блока временных сдвигов, и первый, второй и третий входы каждого сумматора группы сумматоров соединены с выходами соответствующих коммутаторов первой, второй и третьей групп, в блок для группового разъединения сигналов введены первая, вторая и третья группы коммутаторов, группы выходов которых являются соответствующими группами выходов блока, сигнальные входы соответствующих коммутаторов этих групп объединены и соединены между собой, образуя группу сигнальных входов блока, управляющие входы коммутаторов в каждой группе коммутаторов объединены и соединены между собой, образуя соответственно первый, второй и третий управляющие входы блока, в блок для канального разъединения сигналов введены детектор, вход которого является входом блока, формирователь импульсов, первая и вторая группы блоков временного сдвига и первая и вторая группы коммутаторов, выходы которых являются соответствующими группами выходов блока, вход формирователя импульсов соединен с выходом детектора, входы блоков временного сдвига объединены и соединены с выходом формирователя импульсов, в блок для отождествления сигналов введены первая и вторая группы фильтров, входы которых являются соответствующими группами входов блока, и группа узлов групповой корреляции, содержащих соответствующие группы канальных корреляторов, группами выходов которых образованы выходы соответствующих групп выходов блоков групповой корреляции, блока для отождествления сигналов и группа выходов устройства, первыми входами этих корреляторов образована группа канальных входов узлов групповой корреляции, которые соответственно объединены и соединены с выходами соответствующих фильтров первой группы фильтров, вторые входы канальных корреляторов в каждом узле групповой корреляции объединены и соединены между собой, образуя дополнительные входы узлов групповой корреляции, которые соединены с выходами соответствующих фильтров второй группы фильтров, в узел для формирования когерентных опорных напряжений введены генератор напряжений начальной частоты, генератор напряжений шаговой частоты, группа умножителей частоты и группа преобразователей частоты, выходы которых являются выходами узла, входы умножителей частоты объединены и соединены с выходом генератора напряжений шаговой частоты, сигнальные входы преобразователей частоты объединены и соединены с выходом генератора напряжений начальной частоты и их опорные входы соединены с выходами соответствующих умножителей частоты.

Введены антенный элемент конструкции основной антенны и антенные элементы конструкций первой и второй общих групп базовых антенн, которые равномерно распределены на первом и втором интервалах заданной длины, расположенных на соответствующих прямых линиях и пересекающихся друг с другом по их центрам и под прямым углом, и центральные на этих интервалах антенные элементы соответствующих общих групп базовых антенн совмещены в пространстве друг с другом и с антенным элементом основной антенны в месте пересечения этих интервалов.

На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного устройства, на фиг. 2...6 - блок-схемы примеров выполнения блоков 4, 6, 8, 9 и 10 и на фиг. 7 - пример расположения в пространстве конструкционных антенных элементов.

Устройство на фиг. 1 содержит основную антенну 1, первую и вторую базовые антенны 21 и 31, первую и вторую группы дополнительных базовых антенн 22. . 2N и 32..3N, блок 4 для группового объединения сигналов, блок 5 для формирования распределенных спектров импульсов, блок 6 для группового разъединения сигналов, блок 7 для синтеза импульсных сигналов, блок 8 для канального разъединения сигналов и блок 9 для отождествления сигналов.

Блок для формирования распределенных спектров импульсов содержит узел 10 для формирования когерентных опорных напряжений и группу блоков 111, 112.. 11N для введения частотных сдвигов.

Блок для синтеза импульсных сигналов содержит первую, вторую и третью группы фильтров 121, 122..12N, 131, 132..13N и 141, 142..14N и первый, второй и третий сумматоры 15, 16 и 17.

Блок для группового объединения сигналов содержит первую, вторую и третью группы коммутаторов 181, 182..18N, 191, 192..19N и 201, 202..20N, группу сумматоров 211,212.. 21N, генератор 22 напряжения коммутации и первый и второй блоки 23, 24 временных сдвигов напряжений.

Блок для группового разъединения сигналов содержит первую, вторую и третью группы коммутаторов 251, 252..25N, 261, 261..26N и 271, 272..27N.

Блок для канального разъединения сигналов содержит детектор 28, формирователь 29 импульсов, первую и вторую группы блоков временного сдвига 301.. 30N и 311..31N и первую и вторую группы коммутаторов 321..32N и 331..33N.

Блок для отождествления сигналов содержит первую и вторую группы фильтров 341..34N и 351..35N и группу узлов 361..36N групповой корреляции. Каждый узел групповой корреляции содержит группу канальных корреляторов 371..37N.

Узел для формирования когерентных опорных напряжений содержит генератор 38 напряжений начальной частоты, генератор 39 напряжений шаговой частоты, группу умножителей 401, 402..40N частоты и группу 411, 412..41N преобразователей частоты.

В блоке 4 позиции 421, 422..42N, 431, 432..43N, 441, 442..44N, 451, 452. . 45N, 46, 47 и 48 являются соответственно первой, второй и третьей группами входов блока, группой сигнальных выходов и первым, вторым и третьим управляющими выходами блока.

В блоке 5, содержащем узел 10, позиции 491, 492..49N являются группой выходов узла 10.

В блоке 6 позиции 501, 502..50N, 51, 52, 53, 541, 542..54N, 551, 552.. 55N и 561, 562. . 56N являются соответственно группой сигнальных входов, первым, вторым и третьим управляющими входами блока и первой, второй и третьей группами выходов блока, образующими первую группу выходов устройства.

В блоке 8 позиции 57, 58, 59 являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока и позиции 601..60N, 611..61N являются соответственно первой и второй группами выходов блока, образующими вторую группу выходов устройства.

В блоке 9 позиции 621..62N, 631..63N являются соответственно первой и второй группами входов блока и позиции 6411..641N..64N1..64NN - группами выходов узлов корреляции, образующими группу выходов блока отождествления сигналов и третью группу выходов устройства.

На фиг. 7 позиции 65 и 66 соответствуют заданным интервалам прямых линий в пространстве, позиции 67, 681, 682..68N, 691 и 692..69N соответствуют положению в пространстве антенных элементов антенн 1, 21, 22..2N, 31, 32..3N на этих интервалах.

В позиции 67 с антенным элементом антенны 1 совмещены антенные элементы антенн 2(N+1)/2 и 3(N+1)/2, интервалы прямых 65 и 66 пересекаются в позиции 67 под прямым углом, элементы антенн расположены на интервалах прямых 65 и 66 с первым и вторым заданными шагами.

Входы 421. .42N блока 4 объединены и соединены с выходом блока 1, входы 431. . 43N - соответственно с выходами блоков 21..2N, входы 441..44N соответственно соединены с выходами блоков 31..3N, выходы 451..45N соответственно соединены с сигнальными входами блоков 111..11N блока 5, выходы 46, 47, 48 соответственно соединены с входами 51, 52 и 53 блока 6.

В блоке 5 выходы 491..49N узла 10 соответственно соединены с опорными входами блоков 111...11N.

В блоке 6 входы 501..50N соответственно соединены с выходами блоков 111. . 11N блока 5, выходы 541..54N, 551..55N и 561..56N соответственно соединены с входами блоков 121..12N, 131..13N и 141..14N блока 7.

В блоке 7 выходы блоков 121..12N, 131..13N и 141..14N соединены с входами сумматоров блоков 15, 16, 17.

В блоке 8 входы 57, 58 и 59 соединены с выходами блоков 15, 16 и 17 блока 7, выходы 601..60N и 611..61N соответственно соединены с входами 621..62N и 631..63N блока 9.

В блоке 9 канальные входы узлов 361..36N объединены и соединены с выходами соответствующих блоков 341..34N и дополнительные входы соединены с выходами соответствующих блоков 351..35N. В узлах 36 вторые входы блоков 371.. 37N объединены и соединены между собой, образуя дополнительные входы узлов.

В блоке 4 входы 421..42N, 431..43N и 441..44N образованы сигнальными входами блоков 151. . 15N, 161..16N и 171..17N, выходы 451..45N - выходами блоков 181..18N и выходы 47, 48 и 49 - выходами блоков 19, 20 и 21.

В блоке 5 выходы 491..49N блока 10 образованы выходами соответствующих блоков 411..41N.

В блоке 6 входы 501..50N образованы объединенными по одному из группы и соответственно соединенными сигнальными входами блоков 221..22N, 231..23N и 241..24N, входы 51, 52 и 53 - объединенными в каждой группе и соответственно соединенными управляющими входами блоков 221..22N, 231..23N и 241..24N и выходы 541. . 54N, 551..55N и 561..56N - выходами блоков 251..25N, 261..26N и 271..27N.

В блоке 8 входы 57, 58 и 59 образованы входом детектора и сигнальными входами блоков 321. . 32N и 331..33N, выходы 601..60N, 611..61N - выходами блоков 321..32N, 331..33N.

В блоке 9 входы 621..62N и 631..63N образованы входами блоков 341..34N и 351. . 35N и выходы 6411..641N..64N1..64NN - выходами соответствующих блоков 371..37N.

Конкретное выполнение блоков и узлов устройства определяется используемой элементной базой. Например, на фиг. 1 в качестве антенн используются антенные элементы рупорного вида, в качестве блоков для введения частотных сдвигов - однополосные балансные модуляторы, в качестве фильтров - резонансные контура и в качестве сумматоров - объединения и соединения с нагрузками соответствующих групп резисторов.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрение работы устройства будет осуществлено на примерах, соответствующих фиг. 1..7, и с использованием соответствующих аналитических пояснений в примерах 1 и 2.

На фиг. 1 каждый сигнал в виде электромагнитной волны, поступающий с соответствующего направления на разнесенные в пространстве основную антенну 1 и на антенны первой и второй общих групп базовых антенн 21..2N и 31..3N, образует на выходах этих антенн три группы соответствующих электрических сигналов с взаимными фазовыми сдвигами, определяемыми направлением поступления сигнала, его несущей частотой и взаимным расположением антенных элементов в пространстве.

В блоке 4 осуществляется совмещение сигналов трех групп антенн в общую группу сигналов, например, посредством поочередной подачи сигналов антенн соответствующими группами коммутаторов на три входа сумматоров одной группы [6].

В блоке 5 из спектров группы сигналов, поступающих с группы выходов блока 4, формируется группа спектральных компонентов, синтезируемых из них в блоке 7 импульсов. Это формирование осуществляется посредством введения в спектры группы сигналов в блоках 111..11N взаимно когерентных частотных сдвигов [7] с использованием формируемых в узле 10 опорных напряжений [8] с кратными общему заданному шагу разностями их частот и заданной начальной частоты, образуя тем самым соответственно распределенные по выходам блока составляющие спектров импульсов. При этом одновременно понижаются несущие частоты сигналов.

В блоке 6 осуществляется разъединение группы сигналов, поступающих с блока 5, на три группы сигналов, соответствующих сигналам на выходах антенн, но с амплитудной модуляцией, вызванной коммутациями сигналов в этом блоке и в блоке 4, и с частотными сдвигами несущих, введенными в блоке 5, например, с использованием коммутаторов, управляемых синхронно с коммутаторами блока 4 [6].

В блоке 7 выделяются посредством фильтраций в блоках 121..12N, 131..13N и 141..14N сигналы соответствующих парциальных частотных диапазонов и режектируются паразитные компоненты спектров сигналов, возникшие вследствие амплитудной модуляции сигналов при их коммутациях для групповых объединения и разъединения в блоках 4 и 6. После этого сигналы каждой группы соответственно суммируются в блоках 15, 16 и 17, синтезируя тем самым из распределенных спектральных компонентов последовательности импульсных сигналов с периодом, обратным шагу введенных в сигналы частотных сдвигов. Полученные импульсы для группы исходных сигналов распределены на этом периоде соответственно шагам взаимных фазовых сдвигов на выходах соответствующих групп антенн, в свою очередь определяемых углами поступления сигналов к линиям расположения этих групп антенн. Вследствие этого положение синтезированных импульсов сигналов на выходе сумматора 15 не зависит от направления поступления сигналов и эти импульсы используются в качестве синхронизирующих при канальном разъединении сигналов. На выходах блоков 16 и 17 формируются последовательности информационных импульсов, распределенных на периоде кадра между синхронизирующими импульсами в соответствии с углами их поступления на общие группы базовых антенн. В приведенном ниже примере 1 показаны основные особенности синтеза импульсов в блоке 7.

В блоке 8 из импульсов, поступающих с выхода сумматора 15, формируются импульсы кадровой синхронизации, с использованием которых стробируются сдвинутые во времени относительно них информационные импульсы сигналов, поступающие с выходов сумматоров 16 и 17 блока 7. Это осуществляется, например, путем детектирования, обострения и временных задержек сигналов [9], поступающих с выхода сумматора 15, и коммутации ими сигналов, поступающих с выходов сумматоров 16 и 17 [6].

В блоке 9 осуществляется отождествление сигналов первой и второй групп выходных сигналов блока 8, соответствующих сигналам первой и второй общих групп базовых антенн [2], благодаря чему устраняются ложные сигналы при определении местоположений источников излучений сигналов. Это осуществляется, например, посредством фильтраций сигналов двух групп импульсов, поступающих с выходов блока 8, чем устраняются введенные в блоках 5 и 7 дополнительные компоненты спектров синтезированных импульсов, и последующими попарными взаимными корреляционными обработками отфильтрованных сигналов этих групп, выявляющими сигналы от одного и того же источника излучения [10].

Сигналы на выходах блока 6, образующие первую группу выходных сигналов устройства, также предназначены для многодиапазонного (не менее двух диапазонов) по частоте канального разъединения и отождествления многодиапазонных (не менее двух частотных диапазонов) и существенно широкополосных сигналов. Например, в импульсных радиолокаторах параллельная обработка импульсных сигналов по их парциальным спектральным зонам наряду с угловым разрешением сигналов обеспечивает их разрешение по дальности.

Сигналы на выходах блока 8 в радиолокаторах предназначены для определения доплеровских частот сигналов по частотам огибающих импульсных последовательностей в соответствующих выделенных стробированием каналах, определяемых заданными направлениями поступления сигналов.

Сигналы на выходах блока 9 в двумерных пеленгаторах предназначены для определения направлений поступления сигналов в горизонтальной и вертикальной плоскостях с устранением ложных сигналов и в навигационных системах - для определения координат источников излучения сигналов.

В блоке 4, фиг. 2 - в блоке 22 генерируется периодическая последовательность управляющих импульсов, длительность которых составляет 1/3 периода их повторения. Эти импульсы задерживаются в блоках 23 и 24 соответственно на 1/3 и 2/3 периода их повторения. В блоках 181..18N, 191..19N и 201..20N из сигналов, поступающих с антенн 1, 21..2N и 31..3N, стробируются неперекрывающиеся во времени радиоимпульсы, которые суммируются в соответствующих блоках 211..21N.

В блоке 6, фиг. 3 - в блоках 251..25N, 261..26N и 271..27N из сигналов, поступающих с блока 5, стробируются неперекрывающиеся во времени радиоимпульсы, чем разъединяются сигналы групп, объединенных в блоке 4, образуя сигналы с амплитудными модуляциями коммутаций и соответственно пониженными несущими частотами.

В блоке 8, фиг. 4 - сигналы, поступающие с сумматора 15, детектируются в блоке 28. После этого в блоке 29 из них выделяются части сигналов между заданными нижним и верхним порогами и полученные импульсы укорачиваются во времени путем их дифференцирования, образуя импульсы кадровой синхронизации. Эти импульсы задерживаются в блоках 301..30N, 311..31N на канальные времена, кратные заданным тактовым интервалам, и задержанными импульсами в блоках 321..32N, 331..33N стробируются сигналы на соответствующих заданных участках временного кадра.

В блоке 9, фиг. 5 - в блоках 341..34N и 351..35N фильтруются сигналы двух групп импульсов, поступающих с выходов блока 8, тем самым устраняя введенные в блоках 5 и 7 дополнительные компоненты спектров каждого информационного импульсного сигнала. Отфильтрованные сигналы первой и второй групп, соответствующие одной и той же группе исходных сигналов, попарно перемножаются и интегрируются в корреляторах 371..37N, образуя сигналы на выходах тех корреляторов, сигналы на входах которых соответствуют одному и тому же источнику их излучения, и устраняя ложные сигналы на выходах тех корреляторов, сигналы на входах которых соответствуют разным источникам излучения.

В узле 10, фиг. 6 - в блоках 38 и 39 генерируются напряжения соответственно начальной и шаговой частот, в блоке 40 формируются напряжения с частотами и фазами, кратными частотам и фазам напряжения шаговой частоты, и в преобразователях 411..41N частот в напряжения начальной частоты вводится группа кратных частотных сдвигов, образуя тем самым группу когерентных опорных напряжений.

Приведенные примеры блоков и их схемотехническая реализация соответствуют примерам, приведенным в [6-10].

Пример 1.

Основные особенности обработки сигналов рассмотрим на примере синтеза в блоках 5 и 7 фиг. 1 импульсного сигнала из непрерывного сигнала, соответствующего сигналу, поступающему с заданного направления на заданную первую общую группу базовых антенн.

Из сигнала, принимаемого группой из N антенн, образуется группа исходных сигналов:

A(t), fн, Фн - огибающая сигнала, несущая частота и фаза исходного сигнала,
Фа и n•Фa - антенный фазовый шаг и вводимые в сигналы пространственным разнесением антенн взаимные фазовые сдвиги.

В принятые сигналы в блоке 5 вводятся частотные и фазовые сдвиги опорными напряжениями, формируемыми в узле 10:

fг, Fш, Фг, Фш - заданная начальная частота, заданный частотный шаг, начальная фаза и заданный фазовый шаг напряжений гетеродина,
f + n•Fш, Фг + n•Фш - вводимые в преобразователях частоты 111..11N гетеродинные частотные и фазовые сдвиги.

Представим несущую частоту сигнала в виде
fн = fо + fд = L • Fш + fд, fд/Fш < 1,
L - ближайшее к fн/Fш целое число,
fо и fд - отсчетное значение частоты, заданное частотным шагом, и величина отклонения от этого значения несущей частоты.

Тригонометрическим преобразователем представим исходные сигналы в виде сумм компонентов на частоте fо с косинусным и синусным модулирующими сигналами:
snиcх(t) = snc(t)•cos(2πfд)-sns(t)•sin(2πfд),
для каждого из которых синтезируем импульсы.

При синтезе импульсного сигнала в блоках 111..11N в исходные сигналы вводятся частотные и фазовые сдвиги и полученные сигналы суммируются, образуя выходной сигнал:

В соответствии с [11] и с учетом стробирующих свойств синтезированных импульсов имеем:


Tвых = Φу/2π, Tш = 1/Fш,
(|sост(t)|/|sвых(t)|) ≪ 1 при N > 100,
Tш - длительность кадра распределения импульсных сигналов на выходах блока 7 (длительность шагового временного кадра),
I(t) - синтезированный выходной импульс,
Tвых - временной сдвиг синтезированного выходного импульса в пределах длительности шагового временного кадра,
sост(t) - остатки синтеза импульса из-за конечности числа N.

Временной сдвиг импульсов соответствует шагу Фауш фазовых сдвигов сигналов, принимаемых первой общей группой базовых антенн, в свою очередь определяемый пространственным углом поступления сигналов на эту группу антенн и шагом распределения антенн на заданном интервале прямой.

В тех случаях, когда при максимальном отклонении направления поступления сигнала от нормальных к линии расположения антенн, равном π/2, , имеет место Фамакс < π , шаговый временной кадр используется частично:
Tp = Tш • gа, ga = Фмакс/ π ,
Tp - длительность рабочего временного кадра,
ga - коэффициент антенного уменьшения шагового временного кадра.

Наличие амплитудной модуляции cos(2πfдt) амплитуд импульсов синхронизации на выходе блока 12 несущественно при приеме группы сигналов, т.к. все эти импульсы совпадают во времени и из импульсной огибающей их суммы в блоках 28 и 29 фиг. 4 формируется общая последовательность импульсов синхронизации.

Наличие амплитудной модуляции cos(2πfдt) амплитуд информационных импульсов на выходах блоков 13 и 14 используется для измерения соответствующих компонентов доплеровских смещений несущих частот сигналов.

Соответствующие соотношения имеют место и для второй общей группы базовых антенн.

Пример 2.

Совместную работу первой и второй общих групп базовых антенн рассмотрим на примере выполнения устройства в соответствии с фиг. 7 со следующими конструкционными особенностями.

Антенный элемент конструкции основной антенны и антенные элементы конструкций первой и второй общих групп базовых антенн, которые равномерно распределены на первом и втором интервалах заданной длины, расположенных на соответствующих прямых линиях и пересекающихся друг с другом по их центрам и под прямым углом, и центральные на этих интервалах антенные элементы соответствующих общих групп базовых антенн совмещены в пространстве друг с другом и с антенным элементом основной антенны в месте пересечения этих интервалов.

Приведенный пример выполнения конструкции устройства в виде креста имеет преимущества по сравнению с другими примерами конструкций по следующим причинам:
- исключаются групповые сдвиги фаз между основной антенной и антеннами первой и второй общих групп базовых антенн, зависящие от частоты сигналов и требующие повышенной стабильности и точности элементов устройства;
- результаты соответствуют двумерной пеленгации источников сигналов в прямоугольной системе координат, что повышает качество отождествления сигналов;
- совмещенные в одном месте конструкционные элементы трех антенн устройства допускают их электрическое совмещение в одном общем для них элементе.

Техническая эффективность предложенного технического решения заключается в следующем.

1. По сравнению с прототипом [5] в N•N раз увеличивается количество пространственных каналов одновременного приема сигналов (повышается информативность систем приема сигналов) и точность разделения и измерения направления поступления сигналов на приемные пункты. Например, при N = 100 количество пространственных каналов одновременного приема сигналов увеличивается в 10000 раз.

2. По сравнению с двумерной фазированной антенной решеткой [3] количество антенн уменьшается в N/2 раз. Например, при N = 100 количество антенн уменьшается в 50 раз.

3. По сравнению с многолучевой фазированной антенной решеткой [4] в предложенном техническом решении не требуются дополнительные элементы для сопряжения пространственных каналов (лучей), устройств последовательного съема и взаимно сопряженной обработки выходных сигналов, т.к. сигналы этих каналов сразу формируются в общем временном кадре.

4. Получение информации о направлениях поступления всех сигналов существенно проще по сравнению с аналогами, т.к. не требуется текущих подстроек и корректировок СВЧ-цепей для каждого направления поступления сигналов в заданном секторе обзора пространства - обработка принятых сигналов осуществляется одновременно (параллельно), в общих цепях (эквивалентно одноканальным системам) и в реальном времени - в группе информационных кадров (используется модуляционное расширение спектров сигналов).

5. В доплеровских системах одновременно и одноканально (в одной последовательности кадров) осуществляется измерение направлений поступлений всех сигналов (и их разрешение по направлению поступления), уровня этих сигналов и их доплеровских частот (без использования фильтров доплеровских частот и остронаправленного приема сигналов), что существенно упрощает эти доплеровские системы.

6. При приеме сигналов по предложенному способу отделяются и подавляются паразитные сигналы, распространяющиеся по неосновным путям и вызывающие замирание сигналов в пунктах их приема (паразитные сигналы оказываются в боковых временных каналах кадра выходных импульсов), т.е. осуществляется защита системы от фединга сигналов [12].

7. При использовании принципиально ненаправленных излучения и приема сигналов (например, в радиовысотомерах [13]) использование предложенного способа защищает систему от паразитных отражений и переотражений сигналов от местных неровностей, построек и объектов (паразитные сигналы оказываются в боковых временных каналах кадра выходных импульсов).

8. При многолучевом приеме сигналов (например, в системах подповерхностной радиолокации [14]) использование предложенного способа защищает систему от паразитных сигналов по неосновным путям распространения зондирующего сигнала (паразитные сигналы оказываются в боковых временных каналах кадра выходных импульсов).

Экономическая эффективность предложенного способа заключается в следующем.

1. Благодаря совмещению в одной системе, работающей по предложенному способу, функций информационного устройства (или радиолокатора), пеленгатора и доплеровского измерителя скорости втрое снижается стоимость и уменьшаются массогабаритные параметры системы обработки сигналов.

2. Стоимость системы антенн соответственно предложенному техническому решению в виде антенного креста в N/2 раз меньше стоимости антенны в системе вида антенной решетки. Например, при N =100 стоимость антенн уменьшается в 50 раз.

Техническая эффективность предложенного способа подтверждена моделированием на ЦВМ сигналов и системах их обработки и аналоговым макетированием и испытанием в диапазоне коротких волн и промежуточных частот основных принципов технической реализации предложенного способа.

1. При моделировании на ЦВМ исследовалась работа 100-канального синтезатора импульсных сигналов из исходного гармонического сигнала:
- формирование группы гармонических сигналов с кратными частотами;
- введение кратных фазовых сдвигов, имитирующих пространственные временные сдвиги для группы сигналов, поступающих на приемные пункты с разных направлений,
- суммирование полученных сигналов с кратными частотными и фазовыми сдвигами, синтезируя тем самым импульсы информационного кадра во временных каналах, соответствующих группе исходных сигналов.

2. Аналоговое макетирование устройства по предложенному способу осуществлено для сигнала на частоте 29 МГц с использованием синтезатора когерентных сигналов опорных частот сдвига 17..25 МГц (9 частотных каналов, шаг частотных сдвигов 1 МГц), 9-ти преобразователей частоты для переноса спектра сигнала на разностные с опорными частоты соответственно 12..4 МГц. При макетировании были получены (синтезированы) амплитудно-модулирвоанные последовательности импульсов длительностью 0,2 мкс и периодом повторения 1 мкс. Период амплитудной модуляции импульсной последовательности устанавливался соответствующим изменением частоты исходного сигнала в пределах 28,5..29,5 МГц.

При перестройке несущей частоты исходного сигнала в пределах 28,5..29,5 МГц, имитирующей доплеровский сдвиг частоты исходного сигнала, возникала гармоническая амплитудная модуляция синтезированных импульсов, и частота этой гармонический амплитудной модуляции соответствовала величине перестройки несущей частоты исходного сигнала.

В настоящее время разработан и частично изготовлен 31-канальный макет для синтеза импульсов из непрерывных сигналов, соответствующий предложенному устройству.

Источники информации
1. Астафьев Г.П., Шебшаевич В.С., Юрков В.А. Радионавигационные устройства и системы. - М.: "Сов. радио", 1958, с. 450-455, 475-478.

2. Теоретические основы радиолокации. /Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: "Сов. радио", 1970, с. 494-501.

3. Справочник по радиолокации. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. /Под ред. М. Сколника/ Пер. с англ. под ред. К.Н. Трофимова. - М.: "Сов. радио", 1977, с. 147-152.

4. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. -т М.: "Сов. радио", 1984, с. 418-423.

5. Шишков В.А. Линейная и нелинейная корреляционная обработка узкополосных процессов с использованием рециркуляторов. /В кн. "Вопросы микроэлектроники и нелинейные узкополосные системы". - М.: Изд-во МАИ, 1978, с. 69-74 (прототип).

6. Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение. - М.: "Энергия", 1974, с. 310-316, 323-324.

7. Справочник по радиорелейной связи. / Под. ред. С.В. Бородича. - М.: "Радио и связь", 1981, с. 110-115.

8. Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. - М. : "Радио и связь", 1991, с. 196-202.

9. Скалин Ю.В., Берштейн А.Г., Финкевич А.Д. Цифровые системы передачи. - М.: "Радио и связь", 1988, с. 77-78.

10. Балл Г.А. Аппаратурный корреляционный анализ случайных процессов. - М.: "Энергия", 1968, с. 54-55.

11. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, произведений. - М.: Наука, 1971, с. 39.

12. Багдади Е. Дж. Разнесенный прием. /В кн. "Лекции по теории систем связи. /Под ред. Е.Дж. Багдади / Пер. с англ. под ред. Б.Р. Левина. - М.: Мир, 1964, с. 79 - 132.

13. Сосновский А. А. , Хаймович И.А. Авиационная радионавигация. Справочник. - М.: Транспорт, 1980, с. 200-218.

14. Финкельштейн М.И. и др. Подповерхностная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1994, 218 с.

Похожие патенты RU2147135C1

название год авторы номер документа
РАДИОЛИНИЯ 1999
  • Шишков В.А.
RU2158058C1
РАДИОЛОКАТОР 2000
  • Шишков В.А.
RU2178185C2
СПОСОБ ПРИЕМА СИГНАЛОВ 1997
  • Шишков В.А.
RU2147134C1
ШИРОКОПОЛОСНОСКАНИРУЮЩИЙ ШИРОКОПОЛОСНОСТРОБИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКСИРОВАННЫЙ ВЫСОТОУГЛОМЕР 2003
  • Шишков В.А.
RU2233457C1
СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОГО АДАПТИВНОГО ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ 2011
  • Клименко Виктор Владимирович
  • Митянин Александр Геннадьевич
  • Наливаев Андрей Валерьевич
  • Свердлов Анатолий Викторович
  • Смирнов Павел Леонидович
  • Соломатин Александр Иванович
  • Шепилов Александр Михайлович
  • Шишков Александр Яковлевич
RU2477551C1
МНОГОКАНАЛЬНОЕ АДАПТИВНОЕ РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО 2011
  • Колесников Виктор Васильевич
  • Смирнов Павел Леонидович
  • Соломатин Александр Александрович
  • Терентьев Алексей Васильевич
  • Царик Олег Владимирович
  • Шепилов Александр Михайлович
  • Шишков Александр Яковлевич
RU2450422C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ 2005
  • Терентьев Алексей Васильевич
  • Соломатин Александр Иванович
  • Смирнов Павел Леонидович
  • Царик Олег Владимирович
  • Шепилов Александр Михайлович
  • Шишков Вячеслав Александрович
RU2283505C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ 2007
  • Митянин Александр Геннадьевич
  • Терентьев Алексей Васильевич
  • Соломатин Александр Иванович
  • Смирнов Павел Леонидович
  • Царик Игорь Владимирович
  • Царик Олег Владимирович
  • Шепилов Александр Михайлович
  • Шишков Вячеслав Александрович
RU2327186C1
Устройство приема телеметрической информации 1989
  • Стомахин Альберт Александрович
  • Карев Сергей Юрьевич
  • Максимов Юрий Александрович
  • Шпирько Владимир Иванович
SU1735883A1
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПЕРЕДАТЧИК СИГНАЛОВ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ 2006
  • Моисеев Василий Федорович
  • Савельева Марина Викторовна
  • Сивов Виктор Андреевич
RU2320093C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 147 135 C1

Реферат патента 2000 года АНТЕННЫЙ КРЕСТ

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для определения координат излучающих объектов. Достигаемый технический результат - повышение информативности и быстродействия путем когерентных частотных и временных уплотнений каналов. Устройство содержит основную антенну и две общие группы базовых антенн, равномерно распределенных на пересекающихся в пространстве прямых линиях под прямым углом, блоки для группового объединения сигналов и их группового разъединения, блок для синтеза импульсных сигналов, блок для канального разъединения сигналов и блок для отождествления сигналов. Сигналы основной антенны и двух общих групп базовых антенн объединяются в одну группу сигналов, при этом в сигналы вводятся когерентные частотные сдвиги. Далее группа сигналов разъединяется на три группы и сигналы каждой группы суммируются, образуя последовательности импульсов, положением которых в первом и втором временных кадрах выражены углы поступления сигналов на антенны, а затем эти импульсы разделяются и взаимно отождествляются. Конструктивно антенны расположены в виде креста. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула изобретения RU 2 147 135 C1

1. Антенный крест, содержащий основную и первую базовые антенны, входы которых являются входами устройства, блок для формирования распределенных спектров импульсов, состоящий из узла для формирования когерентных опорных напряжений и группы блоков для введения частотных сдвигов, сигнальными входами и выходами которых образованы группа входов и группа выходов блока и опорные входы которых соединены с соответствующими выходами узла для формирования когерентных опорных напряжений, и блок для синтеза импульсных сигналов, содержащий первый и второй сумматоры, выходы которых являются первым и вторым выходами блока, отличающийся тем, что в устройство введены первая группа дополнительных базовых антенн, входы которых являются входами устройства и образующие совместно с первой базовой антенной первую общую группу базовых антенн, вторая базовая антенна и вторая группа дополнительных базовых антенн, входы которых являются входами устройства и образующие вторую общую группу базовых антенн, блок для группового объединения сигналов, блок для группового разъединения сигналов, первой, второй и третьей группами выходов которого образована первая группа выходов устройства, блок для канального разъединения сигналов, первой и второй группами выходов которого образована вторая группа выходов устройства, и блок для отождествления сигналов, группами выходов которого образована третья группа выходов устройства, в блок для синтеза импульсных сигналов введен третий сумматор, выход которого является третьим выходом этого блока, и первая, вторая и третья группы фильтров, группы входов которых являются соответствующими группами входов блока и выходы которых соединены с входами соответствующих сумматоров, входы первой группы входов блока для группового объединения сигналов объединены и соединены с выходом основной антенны и входы второй и третьей групп входов этого блока соединены с выходами соответствующих антенн первой и второй общих групп базовых антенн, входы группы входов блока для формирования распределенных спектров импульсов соответственно соединены с выходами группы сигнальных выходов блока для группового объединения сигналов и выходы группы выходов этого блока соответственно соединены с входами группы сигнальных входов блока для группового разъединения сигналов, первый, второй и третий управляющие входы блока для группового разъединения сигналов соединены с соответствующими управляющими выходами блока для группового объединения сигналов, выходы первой, второй и третьей групп выходов блока для группового разъединения сигналов соответственно соединены с входами первой, второй и третьей групп входов блока для синтеза импульсных сигналов, первый, второй и третий входы блока для канального разъединения сигналов соединены с соответствующими выходами блока для синтеза импульсных сигналов и выходы первой и второй группы выходов этого блока соединены с соответствующими входами первой и второй групп входов блока для отождествления сигналов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блок для группового объединения сигналов введены первая, вторая и третья группы коммутаторов, сигнальные входы которых являются соответствующими группами входов блока, группа сумматоров, выходы которых являются группой сигнальных выходов блока, генератор напряжения коммутации, выход которого является первым управляющим выходом блока, и первый и второй блоки временных сдвигов, выходы которых являются вторым и третьим управляющими выходами блока и входы которых объединены и соединены с выходом генератора напряжения коммутации, управляющие входы коммутаторов первой, второй и третьей групп коммутаторов соответственно объединены и соединены с выходом генератора напряжения коммутации, выходом первого блока и выходом второго блока временных сдвигов, и первый, второй и третий входы каждого сумматора группы сумматоров соединены с выходами соответствующих коммутаторов первой, второй и третьей групп, в блок для группового разъединения сигналов введены первая, вторая и третья группы коммутаторов, группы выходов которых являются соответствующими группами выходов блока, сигнальные входы соответствующих коммутаторов этих групп объединены и соединены между собой, образуя группу сигнальных входов блока, управляющие входы коммутаторов в каждой группе коммутаторов объединены и соединены между собой, образуя соответственно первый, второй и третий управляющие входы блока, в блок для канального разъединения сигналов введены детектор, вход которого является входом блока, формирователь импульсов, первая и вторая группы блоков временного сдвига и первая и вторая группы коммутаторов, выходы которых являются соответствующими группами выходов блока, вход формирователя импульсов соединен с выходом детектора, входы блоков временного сдвига объединены и соединены с выходом формирователя импульсов, в блок для отождествления сигналов введены первая и вторая группы фильтров, входы которых являются соответствующими группами входов блока, и группа узлов групповой корреляции, содержащих соответствующие группы канальных корреляторов, группами выходов которых образованы выходы соответствующих групп выходов блоков групповой корреляции, блока для отождествления сигналов и группа выходов устройства, первыми входами этих корреляторов образована группа канальных входов узлов групповой корреляции, которые соответственно объединены и соединены с выходами соответствующих фильтров первой группы фильтров, вторые входы канальных корреляторов в каждом узле групповой корреляции объединены и соединены между собой, образуя дополнительные входы узлов групповой корреляции, которые соединены с выходами соответствующих фильтров второй группы фильтров, в узел для формирования когерентных опорных напряжений введены генератор напряжений начальной частоты, генератор напряжений шаговой частоты, группа умножителей частоты и группа преобразователей частоты, выходы которых являются выходами узла, входы умножителей частоты объединены и соединены с выходом генератора напряжений шаговой частоты, сигнальные входы преобразователей частоты объединены и соединены с выходом генератора напряжений начальной частоты и их опорные входы соединены с выходами соответствующих умножителей частоты. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что введены антенный элемент конструкции основной антенны и антенные элементы конструкций первой и второй общих групп базовых антенн, которые равномерно распределены на первом и втором интервалах заданной длины, расположенных на соответствующих прямых линиях и пересекающихся друг с другом по их центрам и под прямым углом, и центральные на этих интервалах антенные элементы соответствующих общих групп базовых антенн совмещены в пространстве друг с другом и с антенным элементом основной антенны в месте пересечения этих интервалов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2147135C1

ШИШКОВ В.А
Линейная и нелинейная корреляционная обработка узкополосных процессов с использованием рециркуляторов
В кн
"Вопросы микроэлектроники и нелинейные узкополосные системы"
- М.: изд-во МАИ, 1978, с.69 - 74
АСТАФЬЕВ Г.П
и др
Радионавигационные устройства и системы
- М.: Советское радио, 1958, с.450 - 455, 475 - 478
Теоретические основы радиолокации
/ Под ред.Ширмана Я.Д
- М.: Советское радио, 1970, с.494 - 501
Справочник по радиолокации, т.2
Радиолокационные антенные устройства
/ Под ред.М.Сколника
Пер
с англ
- М.: Советское радио, 1977, с.147 - 152
ДРАБКИН А.Л
и др
Антенно-фидерные устройства
- М.: Советское радио, 1984, с.418 - 423
US 3774216 A, 20.11.1973
US 3946395 A, 23.03.1976.

RU 2 147 135 C1

Авторы

Шишков В.А.

Даты

2000-03-27Публикация

1998-09-16Подача