СПОСОБ ОДНОКАНАЛЬНОГО РАДИОПЕЛЕНГОВАНИЯ КВАЗИГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК G01S3/54 

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть). Тш

Изобретение относится к радиопеленгации, а именно к радиотехническим системам автоматического определения угловых координат вектора направления распространения электромагнитной энергии и, в частности, к одноканальным системам с минимальным числом неподвижных ненаправленных антенных элементов, основанных на максимальном или полном использовании свойств стандартных связанных частотно-модулированных или амплитудно-модулированных радиоприемных устройств (РПУ), и может быть применено для определения угловых координат пространственного положения источников излучения с квазигармоническим изменением напряженности поля в различного рода и назначения системах определения местоположения объектов. Достигаемым техническим результатом является повышение точности пеленгования. 3 с.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ одноканального радиопеленгования квазигармонических сигналов по четырем сигналам, поступающим от четырех ненаправленных антенных элементов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности радиуса R<λ/4, где λ - длина волны сигнала, основанный на последовательном выполнении операции упорядочивания, формирующей из четырех сигналов от антенных элементов, расположенных по окружности, упорядоченную систему из двух упорядоченных пар P_i, i= 1, 2, сигналов таким образом, что каждой паре Р_i сигналов соответствует два антенных элемента, расположенных на прямой, проходящей через центр окружности, а порядок сигналов в паре определяет направление соответствующей прямой, операции уплотнения, формирующей из упорядоченной системы из двух упорядоченных пар Р_i, сигналов и двух упорядоченных управляющих ортогональных на интервале времени Т сигналов f_i(t), i= 1,2, модулированный результирующий сигнал, содержащий в уплотненной форме упорядоченные значения разностей фаз ϕ_i i= 1,2, сигналов, входящих в определенном порядке в соответствующую упорядоченную пару P_i, в виде суммы где а_i - коэффициент пропорциональности, последовательности операций усиления, частотной селекции и демодулирования, формирующей из модулированного результирующего сигнала сигнал в виде суммы где d_i - коэффициент пропорциональности, операции разуплотнения, формирующей за время, равное интервалу ортогональности Т, из сигнала, поступающего от последовательности операций усиления, частотной селекции и демодулирования, и двух упорядоченных управляющих ортогональных на интервале времени Т сигналов f_i(t), предварительно скорректированных по фазе для компенсации фазовых сдвигов, возникающих при выполнении последовательности операций усиления, частотной селекции и демодулирования, два выходных сигнала u_i и u₂, пропорциональных разности фаз ϕ₁ и ϕ₂ соответственно, операции вычисления угла прихода квазигармонического сигнала по значению арктангенса от отношения u₂/u_i, отличающийся тем, что в качестве упорядоченных управляющих ортогональных на интервале времени Т сигналов f_i(t) используют упорядоченную пару сигналов из множества упорядоченных пар ортогональных сигналов, в котором каждая упорядоченная пара содержит сигналы, представляющие собой сумму двух гармонических колебаний с частотами Ω₁ и Ω₂ имеющие вид


где множество пар сигналов определяется фазами ψ₁,ψ₂,ψ₃,ψ₄, которые связаны соотношениями
ψ₁ = ψ₀+ψ_Δ,
ψ₂ = ψ₀-ψ_Δ,
ψ₃ = π-ψ₂-ψ_H,
ψ₄ = π-ψ₁-ψ_H,

n = 0, ±1, ±2, . . . ,

k = 0, ±1, ±2, . . . ,

p = 0,1; t_j = 2jT₀; j = 0, ±1, ±2, . . . ,
при этом сигналы в парах обладают на интервале времени Т₀ одновременно взаимной частотной ортогональностью между компонентами с разными частотами и взаимной фазовой ортогональностью между компонентами с одинаковыми частотами, причем такой, что направления фазовых сдвигов для обеспечения фазовой ортогональности между компонентами с одинаковыми частотами имеют одинаковый характер для компонент с разными частотами, а на интервале времени Т= 2Т₀ - временной ортогональностью такой, что направления фазовых сдвигов для обеспечения фазовой ортогональности между компонентами с одинаковыми частотами имеют на интервалах [t_j, t_j + Т₀) и [t_j + Т₀, t_j + 2Т₀) противоположный характер. 2. Устройство одноканального радиопеленгования квазигармонических сигналов, содержащее антенную систему из четырех ненаправленных антенных элементов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности радиуса R < γ/4 и упорядоченных таким образом, что первый и второй антенные элементы образуют на плоскости прямую линию, проходящую через центр окружности с юга на север, а третий и четвертый антенные элементы - прямую линию, проходящую через центр окружности с запада на восток, радиоприемное устройство частотно-модулированных сигналов (ЧМ-РПУ), блок уплотнения и модуляции фазы (УМФ), первые четыре входа которого подключены к выходам с соответствующими номерами четырех антенных элементов, а выход - к входу ЧМ-РПУ, блок формирования управляющих ортогональных сигналов (ФУС), первый и второй выходы которого соединены с пятым и шестым входами блока УМФ соответственно, при этом блок ФУС содержит узел генерации аналоговых сигналов (ГАС), состоящий из генератора синусоиды с угловой частотой Ω₁(sinΩ₁t) и генератора синусоиды с угловой частотой Ω₂(sinΩ₂t), выходы которых являются первым и вторым выходами узла ГАС соответственно, а входы соединены и являются входом узла ГАС и входом блока ФУС, блок обработки сигналов и отображения информации (ОСОИ), вход которого соединен с выходом ЧМ-РПУ, а выход - с входом блока ФУС, при этом блок ОСОИ содержит режекторный фильтр частоты Ω₁ (РФ1), первый усилитель, вход которого соединен с выходом РФ1, режекторный фильтр частоты Ω₂ (РФ2), первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй усилитель, вход которого соединен с выходом РФ2, громкоговоритель, вход которого соединен с выходом второго усилителя, задающий генератор (ЗГ) с периодом Т= 2Т₀, первый выход которого является выходом блока ОСОИ, индикатор угла пеленга, узел разуплотнения, первый вход которого соединен с первым входом фильтра РФ1 и является входом блока ОСОИ, при этом узел разуплотнения состоит из первого и второго перемножителей, первые входы которых соединены и являются первым входом узла разуплотнения, а вторые входы являются вторым и третьим входами узла разуплотнения соответственно, узел формирования опорных сигналов (ФОС), первый набор из m выходов и второй набор из m выходов которого соединены с набором из m входов фильтра РФ1 и с набором из m входов фильтра РФ2 соответственно, первый выход - с вторым входом узла разуплотнения, а второй выход - с третьим входом узла разуплотнения, при этом узел ФОС содержит узел генерации сигналов с регулируемыми фазами (ГСРФ), первый набор из m выходов и второй набор из m выходов которого являются первым набором из m выходов и вторым набором из m выходов узла ФОС соответственно, при этом узел ГСРФ состоит из генератора синусоиды с угловой частотой nΩ₁ (sinnΩ₁t), где n - целое число, генератора синусоиды с угловой частотой nΩ₂ (sinΩ₂t), первого регулируемого фазовращателя (РФ), набор из m выходов которого является первым набором из m выходов узла ГСРФ, а первый выход - первым выходом узла ГСРФ, второго РФ, набор из m выходов которого является вторым набором из m выходов узла ГСРФ, а первый выход - вторым выходом узла ГСРФ, отличающееся тем, что в узел ГАС введены первый и второй фазовращатели на 90^o, входы которых соединены с выходами генераторов sinΩ₁t и sinΩ₂t соответственно, а выходы являются третьим и четвертым выходами узла ГАС соответственно, в блок ФУС введены первый и второй инверторы, входы которых соединены с первым и четвертым выходами узла ГАС соответственно, первый и второй сумматоры, выходы которых являются первым и вторым выходами блока ФУС соответственно, первый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с третьим выходом узла ГАС и выходом первого инвертора соответственно, а выход - с первым входом первого сумматора, второй мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом первого инвертора и третьим выходом узла ГАС соответственно, а выход - с первым входом второго сумматора, третий мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом второго инвертора и вторым выходом узла ГАС соответственно, а выход - с вторым входом первого сумматора, четвертый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с вторым выходом узла ГАС и выходом второго инвертора соответственно, а выход - с вторым входом второго сумматора, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров соединены и подключены к входу узла ГАС, в узел ГСРФ введены первый и второй фазовращатели на 90^o, выходы которых являются третьим и четвертым выходами узла ГСРФ соответственно, а входы соединены с первыми выходами первого и второго РФ соответственно, при этом выходы генераторов sinnΩ₁t и sinnΩ₂t соединены с входами первого и второго РФ соответственно, а входы соединены между собой и являются входом узла ГСРФ и входом узла ФОС, в узел ФОС введены первый и второй инверторы, входы которых соединены с первым и четвертым выходами узла ГСРФ соответственно, первый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с третьим выходом узла ГСРФ и выходом первого инвертора соответственно, а выход является первым выходом узла ФОС, второй мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом первого инвертора и третьим выходом узла ГСРФ соответственно, а выход является вторым выходом узла ФОС, третий мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом второго инвертора и вторым выходом узла ГСРФ соответственно, а выход является третьим выходом узла ФОС, четвертый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с вторым выходом узла ГСРФ и выходом второго инвертора соответственно, а выход является четвертым выходом узла ФОС, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров соединены и подключены к входу узла ГСРФ, в узел разуплотнения введены третий и четвертый перемножители, первые входы которых соединены с первым входом второго перемножителя, а вторые входы являются четвертым и пятым входами узла разуплотнения соответственно, которые соединены с третьим и четвертым выходами узла ФОC соответственно, первый и второй сумматоры, первые входы которых соединены с выходами первого и второго перемножителей соответственно, а вторые входы - с выходами третьего и четвертого перемножителей соответственно, первый и второй интеграторы, первые входы которых соединены с выходами первого и второго сумматоров соответственно, первый и второй элементы выборки и запоминания, первые входы которых соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, а выходы являются первым и вторым выходами узла разуплотнения соответственно, при этом вторые входы первого и второго интеграторов и вторые входы первого и второго элементов выборки и запоминания соединены между собой и являются шестым входом узла разуплотнения, в блок ОСОИ введены узел вычисления и управления индикацией (ВУИ), первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами узла разуплотнения соответственно, а первая выходная шина - с входной шиной индикатора угла пеленга, индикатор уровня амплитуды, входная шина которого соединена с второй выходной шиной узла ВУИ, узел формирования импульса запуска, выход которого соединен с третьим входом узла ВУИ и шестым входом узла разуплотнения, регулируемая линия задержки, первый и второй входы которой соединены с первым и вторым выходами ЗГ соответственно, а выход - с входом узла ФОС, с входом узла формирования импульса запуска и с вторыми входами фильтров РФ1 и РФ2. 3. Устройство одноканального радиопеленгования квазигармонических сигналов, содержащее антенную систему из пяти ненаправленных антенных элементов, из которых первые четыре антенных элемента расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности радиуса R < λ/4 и упорядочены таким образом, что первый и второй антенные элементы образуют на плоскости прямую линию, проходящую через центр окружности с юга на север, а третий и четвертый антенные элементы - прямую линию, проходящую через центр окружности с запада на восток, а пятый антенный элемент расположен в центре окружности, радиоприемное устройство амплитудно-модулированных сигналов (АМ-РПУ), блок уплотнения и модуляции амплитуды (УМА), первые четыре входа которого подключены к выходам с соответствующими номерами первых четырех антенных элементов, вход A₀ - к выходу пятого антенного элемента, при этом выход блока УМА подключен к входу АМ-РПУ, блок формирования управляющих ортогональных сигналов (ФУС), первый и второй выходы которого соединены с пятым и шестым входами блока УМА соответственно, при этом блок ФУС содержит узел генерации аналоговых сигналов (ГАС), состоящий из генератора синусоиды с угловой частотой Ω₁(sinΩ₁t) и генератора синусоиды с угловой частотой Ω₂(sinΩ₂t), выходы которых являются первым и вторым выходами узла ГАС соответственно, а входы соединены и являются входом узла ГАС и входом блока ФУС, блок обработки сигналов и отображения информации (ОСОИ), вход которого соединен с выходом AM-РПУ, а выход - с входом блока ФУС, при этом блок ОСОИ содержит режекторный фильтр частоты Ω₁ (РФ1), первый усилитель, вход которого соединен с выходом РФ1, режекторный фильтр частоты Ω₂ (РФ2), первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй усилитель, вход которого соединен с выходом РФ2, громкоговоритель, вход которого соединен с выходом второго усилителя, задающий генератор (ЗГ) с периодом Т= 2Т₀, первый выход которого является выходом блока ОСОИ, индикатор угла пеленга, узел разуплотнения, первый вход которого соединен с первым входом фильтра РФ1 и является входом блока ОСОИ, при этом узел разуплотнения состоит из первого и второго перемножителей, первые входы которых соединены и являются первым входом узла разуплотнения, а вторые входы являются вторым и третьим входами узла разуплотнения соответственно, узел формирования опорных сигналов (ФОС), первый набор из m выходов и второй набор из m выходов которого соединены с набором из m входов фильтра РФ1 и с набором из m входов фильтра РФ2 соответственно, первый выход - с вторым входом узла разуплотнения, а второй выход - с третьим входом узла разуплотнения, при этом узел ФОС содержит узел генерации сигналов с регулируемыми фазами (ГСРФ), первый набор из m выходов и второй набор из m выходов которого являются первым набором из m выходов и вторым набором из m выходов узла ФОС соответственно, при этом узел ГСРФ состоит из генератора синусоиды с угловой частотой nΩ₁(sinnΩ₁t), где n - целое число, генератора синусоиды с угловой частотой nΩ₂(sinnΩ₂t), первого регулируемого фазовращателя (РФ), набор из m выходов которого является первым набором из m выходов узла ГСРФ, а первый выход - первым выходом узла ГСРФ, второго РФ, набор из m выходов которого является вторым набором из m выходов узла ГСРФ, а первый выход - вторым выходом узла ГСРФ, отличающееся тем, что в узел ГАС введены первый и второй фазовращатели на 90^o, входы которых соединены с выходами генераторов sinΩ₁t и sinΩ₂t соответственно, а выходы являются третьим и четвертым выходами узла ГАС соответственно, в блок ФУС введены первый и второй инверторы, входы которых соединены с первым и четвертым выходами узла ГАС соответственно, первый и второй сумматоры, выходы которых являются первым и вторым выходами блока ФУС соответственно, первый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с третьим выходом узла ГАС и выходом первого инвертора соответственно, а выход - с первым входом первого сумматора, второй мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом первого инвертора и третьим выходом узла ГАС соответственно, а выход - с первым входом второго сумматора, третий мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом второго инвертора и вторым выходом узла ГАС соответственно, а выход - с вторым входом первого сумматора, четвертый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с вторым выходом узла ГАС и выходом второго инвертора соответственно, а выход - с вторым входом второго сумматора, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров соединены и подключены к входу узла ГАС, в узел ГСРФ введены первый и второй фазовращатели на 90^o, выходы которых являются третьим и четвертым выходами узла ГСРФ соответственно, а входы соединены с первыми выходами первого и второго РФ соответственно, при этом выходы генераторов sinnΩ₁t и sinnΩ₂t соединены с входами первого и второго РФ соответственно, а входы соединены между собой и являются входом узла ГСРФ и входом узла ФОС, в узел ФОС введены первый и второй инверторы, входы которых соединены с первым и четвертым выходами узла ГСРФ соответственно, первый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с третьим выходом узла ГСРФ и выходом первого инвертора соответственно, а выход является первым выходом узла ФОС, второй мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом первого инвертора и третьим выходом узла ГСРФ соответственно, а выход является вторым выходом узла ФОС, третий мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с выходом второго инвертора и вторым выходом узла ГСРФ соответственно, а выход является третьим выходом узла ФОС, четвертый мультиплексор, первый и второй входы которого соединены с вторым выходом узла ГСРФ и выходом второго инвертора соответственно, а выход является четвертым выходом узла ФОС, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров соединены и подключены к входу узла ГСРФ, в узел разуплотнения введены третий и четвертый перемножители, первые входы которых соединены с первым входом второго перемножителя, а вторые входы являются четвертым и пятым входами узла разуплотнения соответственно, которые соединены с третьим и четвертым выходами узла ФОС соответственно, первый и второй сумматоры, первые входы которых соединены с выходами первого и второго перемножителей соответственно, а вторые входы - с выходами третьего и четвертого перемножителей соответственно, первый и второй интеграторы, первые входы которых соединены с выходами первого и второго сумматоров соответственно, первый и второй элементы выборки и запоминания, первые входы которых соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, а выходы являются первым и вторым выходами узла разуплотнения соответственно, при этом вторые входы первого и второго интеграторов и вторые входы первого и второго элементов выборки и запоминания соединены между собой и являются шестым входом узла разуплотнения, в блок ОСОИ введены узел вычисления и управления индикацией (ВУИ), первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами узла разуплотнения соответственно, а первая выходная шина - с входной шиной индикатора угла пеленга, индикатор уровня амплитуды, входная шина которого соединена с второй выходной шиной узла ВУИ, узел формирования импульса запуска, выход которого соединен с третьим входом узла ВУИ и шестым входом узла разуплотнения, регулируемая линия задержки, первый и второй входы которой соединены с первым и вторым выходами ЗГ соответственно, а выход - с входом узла ФОС, с входом узла формирования импульса запуска и с вторыми входами фильтров РФ1 и РФ2.