ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 2001 года по МПК G01S3/00 G01S3/46 

Описание патента на изобретение RU2165628C1

Изобретение относится к радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловой координаты источника излучения фазоманипулированного (ФМ) сигнала.

Известны устройства для пеленгации источников излучения сигналов (авт. свид. N 164326, 558584, 1555695, 1591664, 1591665, 1602203, 1679872, 1730924, 1746807, 1.832.947; патенты РФ N 2006872, 2003131, 2012010, 2010258; Космические траекторные измерения. Под редакцией П.А.Ажаджанова и др. - М.: Сов. радио, 1969, с. 244-245; Кинкулькин И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. - М.: Сов. pадио, 1979; Космические радиотехнические комплексы. Под ред. С. И.Бычкова.- М.: Сов. pадио, 1969, с. 134-137, рис. 2.3.9 и др.).

В качестве базового устройства выбран фазовый пеленгатор (Космические радиотехнические комплексы. Под ред. С.И.Бычкова.- М.: Сов. pадио, 1969, с. 135, рис. 2.3.9).

Указанному пеленгатору свойственно противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угловой координаты. Действительно, согласно формуле

где d - расстояние между приемными антеннами (измерительная база);
λ - длина волны;
γ - угол прихода радиоволн;
фазовый пеленгатор тем чувствительнее к измерению угловой координаты, чем больше относительный размер базы. Но с ростом d/λ уменьшается значение угловой координаты γ, при котором разность фаз Δϕ превосходит значение 2π, т.е. наступает неоднозначность отсчета угла γ.
Задачей предлагаемого устройства является разрешение противоречия между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угловой координаты источника излучения ФМн сигнала путем применения двух измерительных шкал: фазовой шкалы измерений - точной, но неоднозначной, и временной шкалы измерений - грубой, но однозначной.

Решение поставленной задачи достигается тем, что фазовый пеленгатор, содержащий последовательно включенные первую приемную антенну и первый приемник, последовательно включенные вторую приемную антенну и второй приемник, последовательно включенные фазовращатель на 90o, фазовый детектор и первый индикатор, снабжен тремя перемножителями, двумя узкополосными фильтрами, блоком регулируемой задержки, фильтром нижних частот, вторым индикатором, экстремальным регулятором и измерительным прибором, причем к выходу первого приемника последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен также с выходом первого приемника, и первый узкополосный фильтр, выход которого соединен с входом фазовращателя на 90o, к выходу второго приемника последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен также с выходом второго приемника, и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, к выходу второго приемника последовательно подключены блок регулируемой задержки, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого приемника, фильтр нижних частот и измерительный прибор, выход фильтра нижних частот через экстремальный регулятор соединен с вторым входом блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен второй индикатор.

Структурная схема предлагаемого фазового пеленгатора представлена на фиг. 1. Пеленгационная характеристика изображена на фиг. 2. Взаимное расположение антенн изображено на фиг. 3.

Фазовый пеленгатор содержит последовательно включенные первую приемную антенну 1, первый приемник 3, первый перемножитель 5, первый узкополосный фильтр 7, фазовращатель 9 на 90o, фазовый детектор 10 и первый индикатор 11, последовательно включенные вторую приемную антенну 2, второй приемник 4, второй перемножитель 6 и второй узкополосный фильтр 8, выход которого подключен ко второму входу фазового детектора 10. К выходу второго приемника 4 последовательно подключен блок 13 регулируемой задержки, третий перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом первого приемника 3, фильтр 15 нижних частот и измерительный прибор 18. Выход фильтра 15 нижних частот через экстремальный регулятор 17 соединен с вторым входом блока 13 регулируемой задержки. Ко второму выходу блока 13 регулируемой задержки подключен второй индикатор 16. Блок 13 регулируемой задержки, перемножитель 14 и фильтр 15 нижних частот образуют коррелятор 12.

Фазовый пеленгатор работает следующим образом.

Принимаемые ФМн сигналы:
u1(t) = U1(t)cos[ωct+ϕk(t)+ϕ1],

где U1(t), U2(t-τ), ωc, ϕ1, ϕ2, Tc - огибающая, несущая частота, начальная фаза и длительность сигналов;
время запаздывания сигнала, приходящего на антенну 2 по отношению к сигналу, приходящему на антенну 1;
d - расстояние между приемными антеннами 1 и 2, расположенными на одной линии (измерительная база);
γ - угол прихода радиоволн;
c - скорость распространения света;
ϕk(t) = {ϕ,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующей функцией (кодом) M(t), причем ϕk(t) = const при kτэ < t < (k+1)τэ, и может изменяться скачком при t = kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,...,N-1);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc = Nτэ);
ϕ2 = ωcτэ;
с выходов приемных антенн 1 и 2 поступают на входы приемников 3 и 4, где они усиливаются и ограничиваются по амплитуде:
u3(t) = U0cos[ωct+ϕk(t)+ϕ1],
u4(t) = U0cos[ωct+ϕk(t-τ)+ϕ2], 0 ≤ t ≤ Tc.
где U0 - порог ограничения.

Указанные сигналы в перемножителях 5 и 6 перемножаются сами на себя. В результате этого на выходах перемножителей 5 и 6 образуются следующие результирующие напряжения:
u5(t) = U1cos(2ω0t+2ϕ1),
u6(t) = U1cos(2ω0t+2ϕ2), 0 ≤ t ≤ Tc,
где
K1 - коэффициент передачи перемножителей;
которые предоставляют собой вторые гармоники канальных напряжений.

Следует отметить, что ширина спектра Δfc принимаемых ФМн сигналов определяется длительностью τэ их элементарных посылок: тогда как ширина спектра вторых гармоник определяется длительностью Tс сигналов:
Следовательно, при перемножении ФМн сигналов самих на себя их спектр сворачивается в N раз:
Это обстоятельство позволяет выделить гармонические колебания u5(t) и u6(t) с помощью узкополосных фильтров 7 и 8, отфильтровав значительную часть шумов и помех.

Если гармонические колебания u5(t) и u6(t) с выходов узкополосных фильтров 7 и 8 непосредственно подать на фазовый различитель 10, то на выходе последнего получим

где
K2 - коэффициент передачи фазового детектора (фазового различителя).

Из приведенного соотношения видно, что напряжение на выходе различителя зависит от угла γ, однако вследствие того, что косинус - функция четная, знак не зависит от знака угла γ, т.е. не зависит от стороны отклонения. Для устранения указанного недостатка в первый канал включают фазовращатель 9, изменяющий фазу гармонического сигнала u5(t) на 90o. В этом случае напряжение рассогласования на выходе фазового различителя определяется выражением

Приведенную зависимость обычно называют пеленгационной характеристикой (фиг. 2).

Крутизна характеристики в области малых углов γ, где характеристика практически линейна, равна

Таким образом, крутизна характеристики определяется величиной отношения d/λ. Увеличение базы d и уменьшение длины волны повышают крутизну Kϕ однако при этом возрастает неоднозначность отсчета угла.

Крутизна характеристики определяет величину зоны нечувствительности 2γmin при заданном значении шумов Uш (фиг. 2).

Число зон неоднозначности, т.е. областей, где разность фаз Δϕ изменяется на величину, равную 2π, определяется соотношением

Для однозначного отсчета необходимо выбрать n=1, т.е. выбрать измерительную базу исходя из условия

Ошибку пеленгования δα, т.е. погрешность в определении угла α, при заданной точности измерения разности фаз δΔϕ, можно определить на основании выражений:


Из последнего выражения видно, что ошибка пеленгования зависит не только от отношения λ/d, но и от угла α.
С увеличением угла α (при прочих равных условиях) возрастает ошибка пеленгования, и при больших α она может оказаться весьма значительной.

На основании приведенного выражения можно выбрать отношение λ/d или при фиксированном значении λ - величину большой измерительной базы, обеспечивающую необходимую точность определения угла α.
Так формируется фазовая шкала отсчета угловой координаты: точная, но неоднозначная. Результаты измерений фиксируются индикатором 11.

Напряжения u3(t) и u4(t) с выходов приемников 3 и 4 одновременно поступают на два входа коррелятора 12, состоящего из блока 13 регулируемой задержки, перемножителя 14 и фильтра 15 нижних частот. Получаемая на выходе коррелятора 12 корреляционная функция R(τ), измеряемая измерительным прибором 18, имеет максимум при значении введенного регулируемого запаздывания
τ = t2-t1,
где t1 и t2 - время прохождения сигналом расстояния R2 и R1 до второй 2 и первой 1 приемных антенн.

Максимальное значение R(t) поддерживается с помощью экстремального регулятора 17, воздействующего на второй вход блока 13 регулируемой задержки. Шкала блока 13 регулируемой задержки (указатель угла) градуируется непосредственно в значениях угловой координаты источника излучения ФМн сигнала

где τ - введенная во второй канал задержка сигнала, соответствующая максимуму корреляционной функции R(τ).
Значение угловой координаты α фиксируется индикатором 16.

Так формируется временная шкала отсчета угловой координаты: грубая, но однозначная.

По существу измерительными шкалами измеряется полная разность фаз:
ΔФ = m+Δϕ,
где m - количество полных циклов измеряемой разности фаз, определяемое временной шкалой;
Δϕ - разность фаз, измеряемая фазовой шкалой (0 ≤ Δϕ ≤ 2π).
Таким образом, предлагаемый фазовый пеленгатор по сравнению с базовым объектом и другими устройствами аналогичного назначения обеспечивает разрешение противоречия между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угловой координаты. Это достигается применением двух измерительных шкал: фазовой шкалы - точной, но неоднозначной, и временной шкалы - грубой, но однозначной. При этом за счет свертки спектра принимаемых ФМн-сигналов повышается чувствительность, помехозащищенность и точность измерения разности фаз между сигналами, прошедшими два канала фазового пеленгатора. Причем скачки фазы в принимаемых ФМн-сигналах не оказывают влияния на результаты пеленгации.

Предлагаемый фазовый пеленгатор работает аналогичным образом и при использовании преобразователей частоты в приемниках.

Похожие патенты RU2165628C1

название год авторы номер документа
ВЕРТОЛЕТНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ 1999
  • Дикарев В.И.
  • Замарин А.И.
  • Рахматулин А.М.
  • Родин Д.Ф.
  • Косырев В.Ф.
RU2173864C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПОВЕЩЕНИЯ О ПАВОДКЕ ИЛИ СЕЛЕ 1999
  • Дикарев В.И.
  • Доронин А.П.
  • Петроченко В.М.
RU2150751C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ЭПИЦЕНТРА ОЖИДАЕМОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 1999
  • Дикарев В.И.
  • Доронин А.П.
  • Тертышников А.В.
RU2149427C1
УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ 2000
  • Дикарев В.И.
  • Койнаш Б.В.
  • Присяжнюк С.П.
  • Беломытцев В.А.
RU2177167C2
ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ 1997
  • Дикарев В.И.
  • Карелов И.Н.
  • Замарин А.И.
RU2134429C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ 1999
  • Дикарев В.И.
  • Доронин А.П.
  • Петроченко В.М.
RU2158016C2
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 2000
  • Дикарев В.И.
  • Замарин А.И.
  • Родин Д.Ф.
  • Косырев В.Ф.
  • Шишкин Н.В.
RU2176128C2
СПОСОБ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННОГО ПРИЕМА ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ 2005
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Зайцев Игорь Евгеньевич
  • Рюмшин Константин Юрьевич
  • Теремов Михаил Петрович
  • Спасибин Андрей Александрович
RU2296432C1
ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР 2001
  • Заренков В.А.
  • Заренков Д.В.
  • Дикарев В.И.
RU2206901C1
ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР 2001
  • Заренков В.А.
  • Заренков Д.В.
  • Дикарев В.И.
RU2189609C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 165 628 C1

Реферат патента 2001 года ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР

Изобретение относится к радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловой координаты источника излучения фазоманипулированного (ФМн) сигнала. Техническим результатом предлагаемого устройства является разрешение противоречия между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угловой координаты источника излучений ФМн сигнала путем применения двух измерительных шкал: фазовой шкалы измерений - точной, но неоднозначной, и временной шкалы измерений - грубой, но однозначной. Фазовый пеленгатор содержит первую и вторую приемные антенны, первый и второй приемники, первый, второй и третий перемножители, первый и второй узкополосные фильтры, фазовращатель на 90°, фазовый детектор, первый и второй индикаторы, коррелятор, блок регулируемой задержки, фильтр нижних частот, экстремальный регулятор и измерительный прибор. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 165 628 C1

Фазовый пеленгатор, содержащий последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй приемник, последовательно включенные фазовращатель на 90°, фазовый детектор и первый индикатор, отличающийся тем, что он снабжен тремя перемножителями, двумя узкополосными фильтрами, блоком регулируемой задержки, фильтром нижних частот, вторым индикатором, экстремальным регулятором и измерительным прибором, причем между выходом первого приемника и входом фазовращателя на 90° последовательно включены первый перемножитель, второй вход которого также соединен с выходом первого приемника, и первый узкополосный фильтр, между выходом второго приемника и вторым входом фазового детектора последовательно включены второй перемножитель, второй вход которого также соединен с выходом второго приемника, и второй узкополосный фильтр, к выходу второго приемника последовательно подключены блок регулируемой задержки, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого приемника, фильтр нижних частот и измерительный прибор, выход фильтра нижних частот через экстремальный регулятор подключен к второму входу блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен второй индикатор.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2165628C1

Космические радиотехнические комплексы
/Под ред
С.И.БЫЧКОВА.- М.: Советское радио, 1969, с.135, рис.2.3.9
ПЕЛЕНГАТОР 1990
  • Дикарев В.И.
  • Мельник В.В.
  • Федоров В.В.
RU2012010C1
US 4170774, 03.10.1979
СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ СКВАЖИННОЙ МЕЖПРИБОРНОЙ СВЯЗИ 2004
  • Миямае Сохати
  • Танака Тецуя
  • Сантосо Дэвид
  • Матисон Дэвид
RU2351957C2
СПОСОБ ФАЗОВОЙ РАДИОПЕЛЕНГАЦИИ И ФАЗОВЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ РАДИОПЕЛЕНГАТОР 1990
  • Огороднийчук Леонид Дмитриевич[Ua]
RU2101723C1

RU 2 165 628 C1

Авторы

Дикарев В.И.

Замарин А.И.

Рахматулин А.М.

Косырев В.Ф.

Родин Д.Ф.

Даты

2001-04-20Публикация

2000-01-26Подача