СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК G01S3/14 G01S3/28 G01S3/74 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения.

Известен способ однозначного пеленгования источника радиосигнала, заключающийся в приеме радиосигнала с помощью трех идентичных ненаправленных антенн, образующих в плоскости пеленгования круговую антенную решетку с одинаковыми расстояниями между антеннами, измерение трех разностей фаз и определение по ним азимута и угла места источника радиосигнала [Заявка на изобретение № 97121946 кл. G 01 S 3/00 от 20.03.99]. Недостатком способа является применимость для пеленгации только моногармонических сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ пеленгации радиосигналов, приведенный в патенте РФ №2096797, кл. G 01 S 3/14, 3/74 от 20.11.97, принятый за прототип.

Способ-прототип включает прием радиосигналов направленной антенной системой, преобразование сигналов многоканальным приемником, получение спектральных характеристик сигналов каждого канала разбиение комплексных спектров на выбранные частотные поддиапазоны, сравнение для каждого частотного поддиапазона комплексных спектральных характеристик, по результату которого судят о значении пеленга.

Недостатком способа-прототипа является низкая точность пеленгования при существенном взаимном влиянии антенных элементов и влиянии антенной мачты.

Задача, решаемая изобретением, - повышение точности пеленгации.

Технический результат для способа, который может быть получен при осуществлении изобретения, - повышение точности обработки информации о пеленге при существенном взаимном влиянии элементов и мачты антенны.

Поставленная задача решается тем, что в способе пеленгации радиосигналов, заключающемся в приеме радиосигналов направленной антенной системой, преобразовании сигналов многоканальным приемником с общим гетеродином для всех каналов, получении спектральных характеристик сигналов каждого канала, выборе частотных поддиапазонов, занимаемых отдельными сигналами, сравнении комплексных спектральных характеристик, по результату которого судят о значении пеленга, согласно изобретению антенную систему формируют из трех идентичных элементов, образующих плоскую кольцевую эквидистантную решетку, спектральные характеристики сигналов каждого канала получают одновременно для всех каналов, азимуты сигналов оценивают по суммам разностных спектров:

где - разностный спектр k-го радиосигнала - взаимный спектр, - комплексная амплитуда n-го бина k-го радиосигнала, принятого i-м антенным элементом, i=0, 1, 2.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сигналы от пеленгуемых источников радиоизлучения принимаются кольцевой трехэлементной антенной системой, состоящей из идентичных приемных антенных элементов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру кольца таким образом, что расстояние между соседними элементами в раз меньше минимальной длины волны рабочего диапазона. В трехканальном приемнике принятые сигналы одновременно переносятся на промежуточную частоту. Сигналы на выходе приемника можно представить следующим образом:

где - комплексная амплитуда сигнала,

f - частота сигнала на выходе приемника,

φ_i - фазовый сдвиг сигнала в i-м элементе антенн,

- коэффициент взаимного влияния антенн,

- коэффициент влияния антенной мачты.

Сигналы промежуточной частоты преобразуют в цифровые сигналы, получая три последовательности отсчетов объемом N каждая. Дискретным преобразованием Фурье этих последовательностей получают три последовательности, характеризующие спектры сигналов пеленгуемых источников, объемом N каждая. Далее используют N/2 комплексных отсчетов (соответствующих положительным или отрицательным частотам). Спектр для k-го радиоканала соответствует сигналу от k-го источника. Значения центральных частот f_k радиоканалов в полосе анализа df и ширина радиоканала dF априорно известны. Полоса анализа df определяется принятой аппаратной реализацией. В полосе анализа df для всех трех каналов получают совокупности цифровых сигналов, соответствующие принятым значениям номеров радиоканалов в которых обнаружены радиосигналы. Каждому из этих номеров соответствуют значения границ радиоканала, пересчитанные в номера компонент спектра N1 и N2 с учетом полосы анализа df, объема выборок N и ширины радиоканала dF. Для каждого радиоканала, в котором обнаружен сигнал, определяют взаимный

и разностный

спектры.

- отсчеты канальных спектров,

k - номер радиоканала с сигналом, 1<k<k_max,

n - текущий индекс суммирования компонент спектра (номер бина) k-го радиоканала, N1<n<N2,

i - номер элемента антенной решетки, i=0, 1, 2,

d=〈i+1〉₃, 〈x〉_y - остаток от деления числа х на число у,

Im(·) - операция взятия мнимой части,

sign - знаковая функция.

Азимуты сигналов оценивают по формуле:

(Функция arctg должна быть определена на интервале [0...2π).)

где

Как видно из (1), с учетом линейности преобразования Фурье, разностные спектры не зависят от коэффициента влияния мачты, взаимное влияние антенн отражается лишь в одинаковом масштабировании на выходе сигналов. Суммирование разностных спектров по всем бинам сигнала позволяет полнее использовать информацию о принятом сигнале.

Устройство, реализующее предложенный способ представлено на фиг.1, где обозначено:

1.1, 1.2, 1.3 - антенные элементы;

2 - трехканальный приемник;

3 - генератор синхроимпульсов;

4 - аналого-цифровой преобразователь;

5 - блок дискретного преобразования Фурье;

6 - запоминающее устройство компонент спектров;

7 - вычислитель мнимых частей взаимных спектров;

8 - вычислитель компонент разностных спектров;

9 - вычислитель пеленгов;

10.1, 10.2 - вычислители знака;

11.1, 11.2, 11.3 - вычитатели;

12 - вычислитель квадрата модуля;

13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5 - умножители;

14.1, 14.2 - сумматоры;

15 - вычислитель модуля;

16 - вычислитель квадратного корня;

17 - делитель;

18 - вычислитель арктангенса.

Предлагаемое устройство содержит кольцевую плоскую антенную решетку с идентичными элементами 1.1, 1.2, 1.3, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру кольца таким образом, что расстояние между соседними элементами меньше половины длины кратчайшей радиоволны рабочего диапазона. Выходы антенных элементов 1.1, 1.2, 1.3 соединены с входами трехканального приемника 2 с общим гетеродином для всех каналов, выходы которого соединены через трехканальный аналого-цифровой преобразователь 4 с входами трехканального блока 5 дискретного преобразования Фурье, выходы которого через запоминающее устройство 6 компонент спектров соединены с входами вычислителя 8 компонент взаимных спектров, выходы которого соединены с входами вычислителя 7 компонент разностных спектров, выходы которого соединены с входами вычислителя 9 азимутов, выходы которого являются выходами устройства. Синхровыход генератора 3 синхроимпульсов подсоединен к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя 4, блока 5 преобразования Фурье, запоминающего устройства 6, вычислителей 7, 8, 9. Вычислитель 8 компонент разностных спектров содержит вычислитель 10.1 знака мнимых частей компонент взаимных спектров, входы которого соединены с выходами вычислителя 7, а выходы - со входами умножителя 13.1, вычитатель 11.1, входы которого соединены с выходами запоминающего устройства 6, а выходы соединены со входами вычислителя 12 квадрата модуля, выходы которого соединены с входами умножителя 13.1, выходы которого являются выходами вычислителя 8. Вычислитель 9 азимутов содержит сумматор 14.1, выходы которого соединены с входами умножителя 13.2, выходы которого соединены с входами вычислителя 10.2 и входами вычислителя 15 модуля, выходы которого соединены со входами вычислителя 16 квадратного корня, выходы которого соединены с входами умножителя 13.3, другие входы которого соединены с выходами вычислителя 10.2. Выходы 0 и 2 умножителя 13.3 соединены со входами сумматора 14.2 и вычитателя 11.2, выход 1 соединен с входом умножителя 13.4. Выходы сумматора 11.3 и умножителя 13.7 соединены с входами вычитателя 11.3, выход которого соединен с входом делителя 17, другой вход которого соединен с выходом умножителя 13.5, вход которого соединен с выходом вычитателя 11.2. Выход делителя 17 соединен с входом вычислителя 18, выход которого является выходом вычислителя 9 и выходом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигналы от пеленгуемых источников радиоизлучения принимаются идентичными антенными элементами 1.1, 1.2, 1.3, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру кольца таким образом, что расстояние между соседними элементами в раз меньше минимальной длины волны рабочего диапазона. В трехканальном приемнике 2 принятые сигналы одновременно переносятся на промежуточную частоту. В аналого-цифровом преобразователе 4 сигналы промежуточной частоты преобразуют в цифровые сигналы, получая три последовательности отсчетов. В блоке 5 дискретного преобразования Фурье получают три последовательности, характеризующие спектры сигналов пеленгуемых источников. В запоминающем устройстве 6 получают цифровые сигналы, соответствующие компонентам спектров в полосе анализа df для всех каналов. В вычислителе 7 определяют компоненты мнимых частей взаимных спектров (2). В вычислителе 8 определяют компоненты разностных спектров (3). В вычислителе 9 получают оценки пеленгов на источники радиоизлучений.

Вычислитель 8 компонент разностных спектров (3) содержит вычислитель 10.1 знака мнимых частей компонент взаимных спектров вычитатель 11.1, в котором определяют результат разности вычислитель 12 квадрата модуля умножитель 13.1, в котором вычисляют

Вычислитель 9 азимутов содержит сумматор 14.1, в котором получают сумму частотных составляющих для каждого сигнала умножитель 13.2 Σ_k,i на -1, в котором получают R_k,i, вычислитель 10.2 знака sign(R_k,i), вычислитель 15 модуля |R_k,i|, вычислитель 16 квадратного корня, умножитель 13.3, в котором получают B_k,i, сумматор 14.2, в котором получают В_k,0+В_k,2, вычитатель 11.2, в котором получают В_k,0-В_k,2, умножитель 13.4 В_k,1 на 2, умножитель В_k,0-В_k,2 на , вычитатель 11.3, в котором получают 2·В_k,1-(В_k,2+В_k,0), делитель 17, в котором получают аргумент арктангенса (4), вычислитель 18 арктангенса.

Положительный эффект, достигаемый за счет реализации предлагаемого многоканального пеленгатора, - повышение точности пеленгования при сильном взаимном влиянии элементов антенны и влиянии опоры антенны.

Изобретение может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - повышение точности обработки информации о пеленге. В способе осуществляют прием радиосигналов трехэлементной плоской кольцевой эквидистантной антенной решеткой, преобразование сигналов многоканальным приемником с общим гетеродином, получение спектральных характеристик сигналов одновременно во всех каналах, выбор частотных поддиапазонов, занимаемых отдельными сигналами и оценивание азимутов сигналов с использованием формулы где - разностный спектр k-го радиосигнала, - взаимный спектр, - отсчеты канальных спектров, k - номер радиоканала с сигналом, n - текущий номер суммирования компонент спектра k-го радиоканала, N1 и N2 - значения границ радиоканала, пересчитанные в номера компонент спектра, i, d - номера элементов антенной решетки, i=0, 1, 2, d - остаток от деления i+1 на 3. 1 ил.

Способ пеленгации радиосигналов, заключающийся в приеме радиосигналов антенной системой, преобразовании сигналов многоканальным приемником с общим гетеродином для всех каналов, получении спектральных характеристик сигналов каждого канала, выборе частотных поддиапазонов, занимаемых отдельными сигналами, сравнении комплексных спектральных характеристик, по результату которого судят о значении азимута, отличающийся тем, что антенную систему формируют из трех идентичных элементов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру кольца таким образом, что расстояние между соседними элементами в раз меньше минимальной длины волны рабочего диапазона, спектральные характеристики сигналов каждого канала получают одновременно для всех каналов, для каждого радиоканала, в котором обнаружен сигнал, определяют взаимный и разностный спектры, где - отсчеты канальных спектров, k - номер радиоканала с сигналом, n - текущий номер суммирования компонент спектра k-го радиоканала, N1<n<N2, N1 и N2 - значения границ радиоканала, пересчитанные в номера компонент спектра, i, d - номера элементов антенной решетки, i=0, 1, 2, , ^{- остаток от деления числа х на число у, Im(·) - операция взятия мнимой части, sign - знаковая функция, получают сумму разностных спектров для каждого сигнала азимуты сигналов оценивают по формуле}

где .