АНТЕННЫЙ КРЕСТ Российский патент 2000 года по МПК G01S5/02 

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. . 2_N и 3₂..3_N, 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.. 11_N для введения частотных сдвигов.

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

Блок для группового объединения сигналов содержит первую, вторую и третью группы коммутаторов 18₁, 18₂..18_N, 19₁, 19₂..19_N и 20₁, 20₂..20_N, группу сумматоров 21₁,21₂.. 21_N, 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..25_N, 26₁, 26₁..26_N и 27₁, 27₂..27_N.

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

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

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

В блоке 4 позиции 42₁, 42₂..42_N, 43₁, 43₂..43_N, 44₁, 44₂..44_N, 45₁, 45₂. . 45_N, 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..49_N являются группой выходов узла 10.

В блоке 6 позиции 50₁, 50₂..50_N, 51, 52, 53, 54₁, 54₂..54_N, 55₁, 55₂.. 55_N и 56₁, 56₂. . 56_N 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..60_N, 61₁..61_N являются соответственно первой и второй группами выходов блока, образующими вторую группу выходов устройства.

В блоке 9 позиции 62₁..62_N, 63₁..63_N являются соответственно первой и второй группами входов блока и позиции 64₁₁..64_1N..64_N1..64_NN - 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..68_N, 69₁ и 69₂..69_N соответствуют положению в пространстве антенных элементов антенн 1, 2₁, 2₂..2_N, 3₁, 3₂..3_N 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. .42_N блока 4 объединены и соединены с выходом блока 1, входы 43₁. . 43_N - соответственно с выходами блоков 2₁..2_N, входы 44₁..44_N соответственно соединены с выходами блоков 3₁..3_N, выходы 45₁..45_N соответственно соединены с сигнальными входами блоков 11₁..11_N блока 5, выходы 46, 47, 48 соответственно соединены с входами 51, 52 и 53 блока 6.

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

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

В блоке 7 выходы блоков 12₁..12_N, 13₁..13_N и 14₁..14_N 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..60_N и 61₁..61_N соответственно соединены с входами 62₁..62_N и 63₁..63_N блока 9.

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

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

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

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

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

В блоке 9 входы 62₁..62_N и 63₁..63_N образованы входами блоков 34₁..34_N и 35₁. . 35_N и выходы 64₁₁..64_1N..64_N1..64_NN - выходами соответствующих блоков 37₁..37_N.

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..2_N и 3₁..3_N, 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..11_N 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..12_N, 13₁..13_N и 14₁..14_N 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..18_N, 19₁..19_N и 20₁..20_N из сигналов, поступающих с антенн 1, 2₁..2_N и 3₁..3_N, стробируются неперекрывающиеся во времени радиоимпульсы, которые суммируются в соответствующих блоках 21₁..21_N.

В блоке 6, фиг. 3 - в блоках 25₁..25_N, 26₁..26_N и 27₁..27_N 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..30_N, 31₁..31_N на канальные времена, кратные заданным тактовым интервалам, и задержанными импульсами в блоках 32₁..32_N, 33₁..33_N стробируются сигналы на соответствующих заданных участках временного кадра.

В блоке 9, фиг. 5 - в блоках 34₁..34_N и 35₁..35_N 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..37_N, 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..41_N 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), f_н, Ф_н - огибающая сигнала, несущая частота и фаза исходного сигнала,
Ф_а и n•Ф_a - 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:

f_г, F_ш, Ф_г, Ф_ш - заданная начальная частота, заданный частотный шаг, начальная фаза и заданный фазовый шаг напряжений гетеродина,
f + n•F_ш, Ф_г + n•Ф_ш - вводимые в преобразователях частоты 11₁..11_N гетеродинные частотные и фазовые сдвиги.

Представим несущую частоту сигнала в виде
f_н = f_о + f_д = L • F_ш + f_д, f_д/F_ш < 1,
L - ближайшее к f_н/F_ш целое число,
f_о и f_д - 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 f_о с косинусным и синусным модулирующими сигналами:
s_nиcх(t) = s_nc(t)•cos(2πf_д)-s_ns(t)•sin(2πf_д),
для каждого из которых синтезируем импульсы.

При синтезе импульсного сигнала в блоках 11₁..11_N 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:


T_вых = Φ_у/2π, T_ш = 1/F_ш,
(|s_ост(t)|/|s_вых(t)|) ≪ 1 при N > 100,
T_ш - длительность кадра распределения импульсных сигналов на выходах блока 7 (длительность шагового временного кадра),
I(t) - синтезированный выходной импульс,
T_вых - временной сдвиг синтезированного выходного импульса в пределах длительности шагового временного кадра,
s_ост(t) - остатки синтеза импульса из-за конечности числа N.

Временной сдвиг импульсов соответствует шагу Ф_а=Ф_у-Ф_ш 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 Ф_амакс < π , шаговый временной кадр используется частично:
T_p = T_ш • g_а, g_a = Ф_макс/ π ,
T_p - длительность рабочего временного кадра,
g_a - коэффициент антенного уменьшения шагового временного кадра.

Наличие амплитудной модуляции cos(2πf_дt) 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(2πf_дt) 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.

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.

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.