КОРАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2006 года по МПК G01S7/40 G01S11/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пассивного обнаружения источников радиоизлучений и измерения направления на источник излучения и частоты излучаемых радиосигналов.

Известна система радиотехнического контроля, описанная в статье Э.В.Чекрыгина и др. "Информационно-измерительная система источников радиоизлучений". Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, Москва - Таганрог, вып.1, 2003, с.7...14. Она содержит тракт измерения частоты и тракт измерения направления на источник излучения. Тракт измерения частоты содержит измеритель частоты, последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты (УВЧ) и частотно-измерительное устройство (ЧИУ), а также ряд частотных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно включенные детектор, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), входы частотных каналов соединены с выходами ЧИУ, а выходы - со входами измерителя частоты. Тракт измерения направления содержит вычислитель и N приемных каналов (ПК), каждый из которых включает в себя последовательно включенные приемную антенну, УВЧ, детектор, видеоусилитель и АЦП, фокальные оси антенн сдвинуты относительно друг друга таким образом, что диаграммы направленности (ДН) антенн в сумме перекрывают сектор 360°.

Недостатками этой системы являются низкая точность пеленгования, обусловленная неидентичностью приемных каналов пеленгатора, и сложность, обусловленная наличием отдельной приемной антенны и УВЧ для тракта измерения частоты.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является корабельная система радиотехнического контроля, защищенная свидетельством на полезную модель №29783, кл G 01 S 5/28, Н 04 К 3/00, содержащая N приемных каналов (ПК), установленных побортно, по N/2 с каждого борта, сумматор сигналов четных ПК, сумматор сигналов нечетных ПК, ЧИУ четных ПК, ЧИУ нечетных ПК, устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений, 2N дополнительных антенн, установленных побортно, по N с каждого борта, четыре коммутатора, четыре УВЧ и два интерферометра. В ней каждый из ПК содержит последовательно включенные приемную антенну, УВЧ, делитель мощности, второй выход которого является первым выходом канала, и приемник, выход которого является вторым выходом канала.

ДН основных (входящих в состав ПК) антенн в плоскости пеленгования пересекаются на уровне 0,5 и в сумме перекрывают сектор 360°. Входы сумматора сигналов четных ПК соединены с первыми выходами четных ПК, а выход - со входом ЧИУ четных ПК. Входы сумматора сигналов нечетных ПК соединены с первыми выходами нечетных ПК, а выход - со входом ЧИУ нечетных ПК. Первые N входов устройства аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений соединены со вторыми выходами ПК, (N-1)-й вход - с выходом ЧИУ четных ПК, (N+2)-й вход - с выходом ЧИУ нечетных ПК, (М+3)-й вход - с выходом первого интерферометра, (№-4)-й выход - с выходом второго интерферометра, а выход - с управляющими входами коммутаторов. Сигнальные входы первого и второго коммутаторов соединены с выходами дополнительных антенн левого борта, а выходы - со входами соответственно первого и второго УВЧ, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого интерферометра. Сигнальные входы третьего и четвертого коммутаторов соединены с выходами дополнительных антенн правого борта, а выходы - со входами соответственно третьего и четвертого УВЧ, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго интерферометра.

В этой системе радиотехнического контроля осуществляется уточнение результатов измерения направления на источник излучения по всем направлениям, отличным от направления "корма-нос корабля" и противоположного ему, поэтому точность пеленгования здесь несколько выше. Однако это уточнение пеленга осуществляется за счет введения 2N дополнительных антенн, что делает систему сложной и труднореализуемой, в особенности на кораблях малого водоизмещения.

Кроме того, точность пеленгования в ней остается недостаточно высокой, что обусловлено неидентичностью дополнительных антенн и отсутствием уточнения пеленга в направлениях "корма-нос корабля" и противоположном ему.

Целью изобретения является упрощение системы радиотехнического контроля и повышение точности пеленгования.

Поставленная цель достигается тем, что в известную корабельную систему радиотехнического контроля, содержащую N ПК, установленных побортно, по N/2 с каждого борта, сумматор сигналов четных ПК, сумматор сигналов нечетных ПК, ЧИУ четных ПК, ЧИУ нечетных ПК, устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений, два коммутатора и два УВЧ, в которой каждый из ПК содержит последовательно включенные приемную антенну, УВЧ, делитель мощности, второй выход которого является первым выходом ПК, и приемник, выход которого является вторым выходом ПК, ДН приемных антенн в плоскости пеленгования пересекаются на уровне не менее 0,5 и в сумме перекрывают сектор 360°, входы сумматора сигналов четных ПК соединены с первыми выходами четных ПК, а выход - со входом ЧИУ четных ПК, входы сумматора сигналов нечетных ПК соединены с первыми выходами нечетных ПК, а выход - со входом ЧИУ нечетных ПК, первые N входов устройства аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений соединены со вторыми выходами ПК, (N+1)-й вход - с выходом ЧИУ четных ПК, (N+2)-й вход - с выходом ЧИУ нечетных ПК, а выход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены со входами соответственно первого и второго УВЧ, введен измеритель разности фаз, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго УВЧ, делители мощности ПК выполнены четырехканальными, третьи и четвертые выходы делителей ПК являются соответственно третьими и четвертыми выходами ПК, центры раскрыва приемных антенн разнесены в плоскости пеленгования на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемых сигналов, третьи выходы с первого по N-ый ПК соединены соответственно с первым по N-ый сигнальными входами первого коммутатора, N-ый сигнальный вход второго коммутатора соединен с четвертым выходом первого ПК, четвертые выходы со второго по N-ый ПК соединены соответственно с первым по (N-1)-ый сигнальными входами второго коммутатора, а выход измерителя разности фаз соединен с (N+3)-им входом устройства аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений.

Совокупность вновь введенных конструктивных особенностей антенн и делителей мощности вновь введенных измерителя разности фаз и его связей, а также связей ПК с коммутаторами не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемую систему радиотехнического контроля следует считать новой и имеющей изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - структурная схема предлагаемой системы;

на фиг.2 - взаимное расположение источника радиосигнала, двух антенн, которыми принимается радиосигнал, и их ДН.

Структурная схема станции приведена применительно к случаю, когда число ПК N=8.

Система радиотехнического контроля содержит 8 ПК, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны 1, УВЧ 2, четырехканального делителя 3 мощности и приемника 4, сумматор 5 сигналов четных ПК, сумматор 6 сигналов нечетных ПК, ЧИУ 7 четных ПК, ЧИУ 8 нечетных ПК, устройство 9 аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений, коммутаторы 10 и 11, УВЧ 12 и 13 и измеритель 14 разности фаз.

Выходы приемников 4, являющиеся вторыми выходами ПК, соединены с первыми восемью входами устройства 9. Вторые, третьи и четвертые выходы делителей 3 являются соответственно первыми, третьими и четвертыми выходами ПК. Первые выходы первого, третьего, пятого и седьмого ПК соединены со входами сумматора 6, выход которого соединен со входом ЧИУ 8. Первые выходы второго, четвертого, шестого и восьмого ПК соединены с входами сумматора 5, выход которого соединен со входом ЧИУ 7. Выходы ЧИУ 7 и 8 соединены соответственно с девятым и десятым входами устройства 9, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов 10 и 11. Третьи выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого ПК соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым сигнальными входами коммутатора 10, выход которого соединен со входом УВЧ 12. Четвертый выход первого ПК соединен с восьмым сигнальным входом коммутатора 11, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой сигнальные входы которого соединены с четвертыми выходами соответственно второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого ПК. Первый и второй входы измерителя 14 соединены с выходами УВЧ 12 и 13 соответственно, а выход - с одиннадцатым входом устройства 9.

Приемные антенны 1 ПК расположены равномерно по окружности, приемные антенны первого, второго, третьего и четвертого ПК установлены на левом борту корабля, а приемные антенны пятого, шестого, седьмого и восьмого ПК - на правом. Фокальные оси соседних приемных антенн сдвинуты на угол ϑ=45° в плоскости пеленгования. ДН приемных антенн имеют ширину в плоскости пеленгования не менее 45°. Пересекаясь на уровне не менее 0,5, они перекрывают в сумме сектор 360°. Центры раскрыва соседних приемных антенн разнесены в плоскости пеленгования на расстояние d, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемого радиосигнала.

Работа системы радиконтроля заключается в следующем.

Излучаемый радиосигнал в общем случае принимается на достаточном для обнаружения уровне как минимум двумя приемными антеннами 1, ориентированными в сторону источника излучения.

Принятые приемными антеннами 1 соседних ПК сигналы усиливаются УВЧ 2 и поступают в делители мощности 3, где делятся на четыре части.

Первая часть со второго выхода делителя мощности 3 поступает в приемник 4, где измеряется амплитуда и другие параметры принятого сигнала. Результаты измерения с выхода приемника поступают в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9.

Вторая часть принятого сигнала с первого выхода делителя мощности 3 поступает в сумматор сигналов четных ПК 5 или сумматор сигналов нечетных ПК 6. Пораздельное суммирование сигналов четных и нечетных приемных каналов позволяет исключить ошибки в измерении их частоты. В сумматорах сигналов четных ПК 5 и сигналов нечетных ПК 6 сигналы несмежных каналов суммируются, и результаты суммирования поступают в ЧИУ четных ПК 7 и нечетных ПК 8. В ЧИУ четных ПК 7 и нечетных ПК 8 осуществляется измерение несущей частоты f принятого сигнала, и результаты измерения поступают в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9.

Третья часть принятого сигнала с третьего выхода делителя мощности 3 поступает на соответствующий данному ПК сигнальный вход коммутатора 10, а четвертая часть с четвертого выхода делителя мощности 3 - на соответствующий сигнальный вход коммутатора 11.

Грубая оценка пеленга Θ_А амплитудным методом осуществляется устройством аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 на основании сравнения амплитуд сигналов, измеренных приемником 4. Оценка ведется по формуле

где U₁ и U₂ - два наибольших значения амплитуд принятого сигнала из поступивших в устройство 9 от приемников 4;

k - крутизна пеленгационной характеристики, определяемая крутизной рабочего участка ДН приемной антенны 1 и коэффициентом передачи ПК;

Θ_А - значение пеленга, отсчитываемое по часовой стрелке от равносигнального направления (РСН) - направления, делящего пополам угол (между фокальными осями антенны 1, имеющими минимальные отклонения от направления на источник радиосигнала.

Если направление на источник излучения точно совпадает с фокальной осью одной из приемных антенн 1, то из ПК с этой приемной антенной в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 поступит максимальное значение U_max амплитуды. Кроме того, из соседних ПК в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 поступят два одинаковых значения амплитуды, наиболее близких к U_max. В этом случае значение Θ_А принимается равным ϑ/2, а в качестве РСН принимается направление, делящее пополам угол между направлением на источник радиосигнала и фокальной осью антенны ПК, наиболее близкого слева к ПК с максимальным сигналом.

Расчет по формуле (1) дает значение истинного пеленга (с большой погрешностью, обусловленной наличием разноса d центров раскрыва приемных антенн 1, неидентичностью их ДН и погрешностью измерения амплитуд U₁ и U₂.

Одновременно с вычислением значения Θ_А устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 формирует на своем выходе сигнал управления, под действием которого коммутаторы 10 и 11 подключают ко входам УВЧ 12 и 13 высокочастотные сигналы с выходов делителей мощности 3 тех ПК, в которых амплитуды сигналов равны U₁ и U₂, т.е. сигналы двух тех смежных ПК, фокальные оси антенн которых имеют минимальные отклонения от направления на источник радиосигнала. Эти сигналы усиливаются УВЧ 12 и 13 и поступают на входы измерителя разности фаз 14. Измеритель разности фаз 14 измеряет разность фаз Δϕ поступивших на его входы сигналов, и результат измерения с его выхода поступает в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9.

Измеренная разность фаз определяется разностью расстояний между источником излучения и центрами раскрыва ближайших к этому источнику приемных антенн 1. В соответствии с фиг.2, учитывая, что d≪R, можно записать

R₁=R+0,5dsinΘ;

R₂=R-0,5dsinΘ.

Разность фаз между принятыми этими приемными антеннами сигналами составит

где с=3·10⁸ м/с - скорость света.

Фактическая разность фаз Δϕ_ф может в разы превышать 2π. Измеритель разности фаз 14 не реагирует на целую часть отношения , а измеряет только остаток от деления Δϕ_ф на 2π. Фактическая Δϕ_ф и измеренная Δϕ разности фаз связаны соотношением

Δϕ_ф=Δϕ+2πn,

где n=0, ±1, ±2,... ±m;

m - целая часть величины

Поэтому уравнение (2) следует записать в виде

или

Уравнение (3) содержит неопределенность - одному значению измеренной разности фаз Δϕ соответствует 2m+1 значений пеленга Θ.

Для разрешения этой неопределенности в устройстве аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 рассчитываются в соответствии с уравнением (3) все эти значения или часть их, сравниваются со значением Θ, рассчитанным по формуле (1), и ближайшее к нему принимается в качестве результата пеленгования.

Заявляемая система радиотехнического контроля легко реализуема.

В качестве приемных антенн 1 может быть использована рупорная антенна [Антенны УКВ. Под ред. Айзенберга Г.З., часть 1. М.: Связь, 1977 г., с.254].

В качестве УВЧ 2, 12 и 13 могут быть использованы серийно выпускаемые модули СВЧ М421192 6М2 030.373ТУ, НПП "Исток" г.Фрязино.

Четырехканальные делители мощности 3, сумматоры сигналов четных 5 и нечетных 6 приемных каналов выполняются на базе согласованных шестиполосных делителей мощности [Устройства СВЧ. Под редакцией Сазонова Д.М. М.: Высшая школа, 1981, с.105, рис.3.5].

Приемник 4 может быть реализован по схеме прямого усиления [Радиоприемные устройства. Под ред. Жуковского А.П. М.: Высшая школа, 1989, с.8, рис.1.14].

Частотно-избирательные устройства четных 7 и нечетных 8 приемных каналов могут быть выполнены на основе резонансных отрезков линий передачи полосно-пропускающих фильтров, коммутаторы 10 и 11 - на основе диодных СВЧ-выключателей [Устройства СВЧ. Под редакцией Сазонова Д.М. М.: Высшая школа, 1981, с.170, рис.3.8 - частотно-избирательные устройства 7, 8, с.256, рис.8.13 - коммутаторы 10, 11].

Устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 реализуется на базе аналого-цифрового преобразователя [Гиттис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. Изд.2-е. М.: Энергия, 1970, с.68, рис.2.4] и программируемых логических интегральных схем [Э.В.Чекрыгин и др. Информационно-измерительная система источников радиоизлучений. Научно-технический сборник "Вопросы специальной радиоэлектроники", серия ОВР. Москва - Таганрог, 2003, с.7-14, рис.1].

Измеритель разности фаз 14 может быть выполнен на базе цифровых фазометров, (см., например, Соловьев В.Я. "Фазовые измерения". М., 1973 г., с.27-45).

Нетрудно видеть, что заявляемая система радиотехнического контроля значительно проще системы-прототипа, так как содержит втрое меньше приемных антенн. Кроме того, она имеет более высокую точность пеленгования, так как точное значение пеленга определяется фазовым методом, что исключает погрешность из-за неидентичности антенн и ошибки измерения амплитуд принимаемых сигналов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пассивного обнаружения источников радиоизлучений и измерения направления на источник излучения и частоты излучаемых сигналов. Технический результат использования предлагаемой корабельной системы радиотехнического контроля заключается в том что заявляемая система значительно проще системы прототипа, так как содержит втрое меньше антенн. Кроме того, она имеет более высокую точность пеленгования, так как точное значение пеленга определяется фазовым методом, что исключает погрешность из-за неидентичности антенн и ошибки измерения амплитуд принимаемых сигналов. В известную корабельную систему радиотехнического контроля, содержащую N приемных каналов, установленных побортно, по N/2 с каждого борта, сумматор сигналов четных приемных каналов, сумматор сигналов нечетных приемных каналов, частотно-измерительное устройство четных приемных каналов, частотно-измерительное устройство нечетных приемных каналов, устройство аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определения пеленга на источник радиоизлучения, два коммутатора и два усилителя высокой частоты, в которой каждый из приемных каналов содержит последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, делитель мощности, второй выход которого является первым выходом приемного канала, и приемник, выход которого является вторым выходом приемного канала, диаграммы направленности приемных антенн в плоскости пеленгования пересекаются на уровне не менее 0,5 и в сумме перекрывают сектор 360°, входы сумматора сигналов четных приемных каналов соединены с первыми выходами четных приемных каналов, а выход - со входом частотно-измерительного устройства четных приемных каналов, входы сумматора сигналов нечетных приемных каналов соединены с первыми выходами нечетных приемных каналов, а выход - со входом частотно-измерительного устройства нечетных приемных каналов, первые N входов устройства аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определения пеленга на источник радиоизлучения соединены со вторыми выходами приемных каналов, (N+1)-й вход - с выходом частотно-измерительного устройства четных приемных каналов, (N+2)-й вход - с выходом частотно-измерительного устройства нечетных приемных каналов, а выход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены со входами соответственно первого и второго усилителей высокой частоты, введен измеритель разности фаз, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей высокой частоты, делители мощности приемных каналов выполнены четырехканальными, третьи и четвертые выходы делителей мощности являются соответственно третьими и четвертыми выходами приемных каналов, центры раскрыва приемных антенн разнесены в плоскости пеленгования на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемых сигналов, третьи выходы с первого по N-ый приемных каналов соединены соответственно с первым по N-ый сигнальными входами первого коммутатора, N-ый сигнальный вход второго коммутатора соединен с четвертым выходом первого приемного канала, четвертые выходы со второго по N-ый приемных каналов соединены соответственно с первым по (N-1)-ый сигнальными входами второго коммутатора, а выход измерителя разности фаз соединен с (N+3)-им входом устройства аналого-цифрового преобразования и определения пеленга на источник радиоизлучения результатов измерений. 2 ил.

Корабельная система радиотехнического контроля, содержащая N приемных каналов, установленных побортно, по N/2 с каждого борта, сумматор сигналов четных приемных каналов, сумматор сигналов нечетных приемных каналов, частотно-измерительное устройство четных приемных каналов, частотно-измерительное устройство нечетных приемных каналов, устройство аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определения пеленга на источник радиоизлучения, два коммутатора и два усилителя высокой частоты, в которой каждый из приемных каналов содержит последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, делитель мощности, второй выход которого является первым выходом приемного канала, и приемник, выход которого является вторым выходом приемного канала, диаграммы направленности приемных антенн в плоскости пеленгования пересекаются на уровне не менее 0,5 и в сумме перекрывают сектор 360°, входы сумматора сигналов четных приемных каналов соединены с первыми выходами четных приемных каналов, а выход - со входом частотно-измерительного устройства четных приемных каналов, входы сумматора сигналов нечетных приемных каналов соединены с первыми выходами нечетных приемных каналов, а выход - со входом частотно-измерительного устройства нечетных приемных каналов, первые N входов устройства аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определения пеленга на источник радиоизлучения соединены со вторыми выходами приемных каналов, (N+1)-й вход - с выходом частотно-измерительного устройства четных приемных каналов, (N+2)-й вход - с выходом частотно-измерительного устройства нечетных приемных каналов, а выход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены со входами соответственно первого и второго усилителей высокой частоты, отличающаяся тем, что в нее введен измеритель разности фаз, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей высокой частоты, делители мощности приемных каналов выполнены четырехканальными, третьи и четвертые выходы делителей мощности являются соответственно третьими и четвертыми выходами приемных каналов, центры раскрыва приемных антенн разнесены в плоскости пеленгования на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемых сигналов, третьи выходы с первого по N-й приемных каналов соединены соответственно с первым по N-й сигнальными входами первого коммутатора, N-й сигнальный вход второго коммутатора соединен с четвертым выходом первого приемного канала, четвертые выходы со второго по N-й приемных каналов соединены соответственно с первым по (N-1)-й сигнальными входами второго коммутатора, а выход измерителя разности фаз соединен с (N+3)-м входом устройства аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определени пеленга на источник радиоизлучения.