УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНОИМПУЛЬСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЕЛЕНГА ИСТОЧНИКОВ РАДИОСИГНАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК G01S13/44 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигналов в системах радиоконтроля.

Известно устройство для измерения пеленга источника радиоизлучения, основанное на фазовом методе пеленгования (см., например, Скольник М.С. Введение в технику радиолокационных систем. - М.: Мир, 1965, с.245, 235, фиг.5-13; Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М., Сов. Радио, 1984, с.6, 7 рис.1.1.б). Оно содержит две идентичные приемные антенны, фокальные оси которых параллельны, а центры раскрыва разнесены в плоскости пеленгования на некоторое расстояние, два идентичных приемных канала, входы которых подключены к выходам антенн, и фазовый детектор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго приемных каналов, а выход является выходом устройства.

Недостатком этого устройства является неоднозначность результатов пеленгования при большой ширине диаграммы направленности (ДН) антенн.

Уменьшение же ширины ДН антенн ведет к соответствующему уменьшению сектора пеленгования, обеспечиваемому двумя антеннами, либо к увеличению числа приемных антенн и приемных каналов, что крайне затруднительно при создании бортовых средств радиконтроля. Другим недостатком этого устройства является относительно низкая точность измерения пеленга, обусловленная отличием истинной длины волны контролируемого сигнала от расчетной.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является основанное на амплитудном методе пеленгования устройство пеленгования информационно-измерительной системы, описанной в статье Э.В.Чекрыгина и др. "Информационно-измерительная система источников радиоизлучений". Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, Москва-Таганрог, вып 1, 2003 г. Оно содержит вычислительный блок и не менее двух приемных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выходы которых подключены ко входам вычислителя, при этом фокальные оси антенн соседних каналов сдвинуты одна относительно другой на угол, не превышающий ширину ДН. В этом устройстве отсутствует неоднозначность результатов пеленгования. Однако оно характеризуется большой погрешностью пеленгования, обусловленной неидентичностью приемных каналов и нелинейностью рабочих участков ДН антенн. Другим недостатком этого устройства, присущим и устройствам, основанным на фазовом методе пеленгования, является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что в системах радиоконтроля часто необходимо знать не только пеленг на источник радиоизлучения, но и частоту последнего, а пеленгатор указанной информационно-измерительной системы определить эту частоту не позволяет.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для моноимпульсного измерения пеленга источников радиосигналов, содержащее две идентичные приемные антенны, ДН которых сдвинуты одна относительно другой на угол, не превышающий их ширину, первый усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу первой приемной антенны, второй усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу второй приемной антенны, последовательно включенные первый амплитудный детектор, первый видеоусилитель и первый АЦП, последовательно включенные второй амплитудный детектор, второй видеоусилитель и второй АЦП и вычислитель, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго АЦП, введены два делителя мощности, измеритель частоты и измеритель разности фаз, вход первого делителя мощности подключен к выходу первого усилителя высокой частоты, первый выход - ко входу первого амплитудного детектора, а второй выход - к первому входу измерителя разности фаз, вход второго делителя мощности подключен к выходу второго усилителя высокой частоты, первый выход - ко входу второго амплитудного детектора, а второй выход - ко второму входу измерителя разности фаз, выход которого подключен к третьему выходу одного из делителей мощности, а выход к четвертому входу вычислителя, при этом центры раскрыва приемных антенн разнесены на расстояние, не менее чем в 5...10 раз превышающее длину волны пеленгуемого радиосигнала.

Совокупность вновь введенных делителей мощности, измерителей частоты и разности фаз и их связей не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники, поэтому заявляемое устройство следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

- на фиг.1 - структурная схема заявляемого устройства;

- на фиг.2 - взаимное положение источника радиосигнала и центров раскрыва антенн 1.1 и 1.2 и ДН последних.

Устройство содержит два приемных канала, каждый из которых содержит последовательно включенные приемную антенну 1.1 (1.2), усилитель 2.1 (2.2) высокой частоты, делитель 3.1 (3.2) мощности, амплитудный детектор 6.1 (6.2), видеоусилитель 7.1 (7.2) и АЦП 8.1 (8.2), измеритель 4 разности фаз, первый и второй входы которого подключены ко вторым выходам делителей 3.1 и 3.2 мощности соответственно, измеритель 5 частоты, вход которого подключен к третьему выходу делителя 3.2 мощности, и вычислитель 9, первый и второй входы которого подключены к выходам АЦП 8.1 и 8.2 соответственно, третий вход к выходу измерителя 4 разности фаз, а четвертый - к выходу измерителя 5 частоты.

Центры раскрыва приемных антенн 1.1 и 1.2 разнесены на расстояние d, превышающее длину волны пеленгуемого сигнала не менее чем в 5-10 раз, а их фокальные оси образуют между собой угол ϑ, не превышающий ширину их ДН.

Пеленгование осуществляется в секторе углов υ. Для расширения сектора пеленгования требуется соответствующее увеличение числа приемных каналов, измерителей частоты и разности фаз.

Пеленг Θ источника радиоизлучения отсчитывается от перпендикуляра к базе d, проведенного через ее середину.

Сигнал источника излучения принимается приемными антеннами 1.1. и 1.2 и усиливается усилителями 2.1, 2.2 высокой частоты. Усиленные сигналы с выходов усилителей 2.1 и 2.2 высокой частоты поступают на входы делителей 3.1 и 3.2 мощности.

Делитель мощности 3.1 делит поступивший на его вход сигнал на две части, первая из которых поступает на вход амплитудного детектора 6.1, а вторая - на первый вход измерителя 4 разности фаз.

Делитель мощности 3.2 делит поступивший на его вход сигнал на три части, первая из которых поступает на вход амплитудного детектора 6.2, а вторая - на второй вход измерителя 4 разности фаз, а третья - на вход измерителя 5 частоты.

С помощью измерителя 4 разности фаз измеряется разность Δϕ фаз сигналов, принятых приемными антеннами 1.1 и 1.2 и усиленных усилителями 2.1 и 2.2 высокой частоты, с помощью измерителя 5 частоты - их несущая частота f. Результаты измерения с выходов измерителей разности фаз 4 и частоты 5 в виде цифровых кодов поступают соответственно на третий и четвертый входы вычислителя 9.

Поступивший на вход амплитудного детектора 6.1 высокочастотный сигнал детектируется амплитудным детектором 6.1, результат детектирования усиливается видеоусилителем 7.1 и преобразуется в АЦП 8.1 в цифровой код амплитуды U₁ сигнала в первом приемном канале, который поступает на первый вход вычислителя 9.

Аналогично с помощью амплитудного детектора 6.2, видеоусилителя 7.2 и АЦП 8.2 формируется цифровой код амплитуды U₂ сигнала во втором приемном канале, который поступает на второй вход вычислителя 9.

Коэффициенты передачи усилителей высокой частоты 2.1 и 2.2, делителей мощности 3.1 и 3.2, амплитудных детекторов 6.1 и 6.2, видеоусилителей 7.1 и 7.2 выбираются таким образом, чтобы коэффициенты передачи приемных каналов от выходов приемных антенн 1.1 и 1.2 до входов АЦП 8.1 и 8.2 были одинаковыми.

Поскольку фокальные оси приемных антенн 1.1 и 1.2 образуют между собой угол υ, амплитуды U₁ и U₂ в общем случае будут разными, в данном, соответствующем фиг.2 случае U₂>U₁. Это позволяет осуществить грубое определение пеленга амплитудным методом. Для этого вычислитель 9 осуществляет расчет пеленга Θ_A по формуле

где k - крутизна пеленгационной характеристики, определяемой крутизной рабочего участка ДН приемных антенн 1.1 и 1.2 и коэффициентом передачи приемных каналов.

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

Измеренная измерителем 4 разности фаз разность Δϕ фаз определяется разностью расстояний R₁ и R₂ между источниками излучения и центрами раскрыва приемных антенн.

В соответствии с фиг.2, учитывая, что d≪R, можно записать:

R₁=R+0,5dsinΘ;

R₂=R-0,5dsinΘ.

Тогда разность фаз между принятыми приемными антеннами 1.1 и 1.2 сигналами составит

где С=3·10⁸ м/с - скорость света.

Фактическая разность фаз Δϕ_ф может значительно (в разы) превышать 2 π. Измеритель 4 разности фаз не реагирует на целую часть отношения Δϕ_ф /2π, 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, a m - целая часть величины

Поэтому уравнение (2) следует записать в виде

или

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

Для разрешения этой неопределенности в вычислителе 9 рассчитываются в соответствии с уравнением (3) все эти значения или часть их, сравниваются со значением Θ_A, рассчитанным по формуле (1), и ближайшее к нему принимается в качестве результата пеленгования.

Таким образом, технический результат от использования предлагаемого устройства для моноимпульсного измерения пеленга источников радиосигналов заключается в том, что заявляемое устройство обеспечивает определение пеленга источника радиоизлучения с более высокой точностью, чем прототип. Кроме того, оно в отличие от прототипа, без дополнительных приемных антенн и усилителей высокой частоты, определяет не только пеленг, а и частоту пеленгуемого радиосигнала.

Устройство достаточно легко реализуемо.

В качестве приемных антенн 1.1. и 1.2 могут быть использованы рупорные антенны [Антенны УКВ. Под ред Айзенберга Г.З., часть 1, М.; "Связь", 1977 г., с.254].

В качестве усилителей 2.1 и 2.2 высокой частоты могут быть использованы серийно выпускаемые модули СВЧ МЧ21192-1.2.3.4 бм 2.030.373ТУ НПП "Исток" г.Фрязино.

Делители 3.1 и 3.2 мощности выполняются на полосковых устройствах [Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. Под ред. Вольмана В.И. М.: "Радио и связь", 1982 г.].

Измерители разности фаз 4 и частоты 5 могут быть выполнены на базе цифровых фазометров [см., например, Соловьев В.Я. Фазовые измерения. М.; 1973 г., с.27-45].

Амплитудные детекторы 6.1 и 6.2 могут быть выполнены, например, на полупроводниках [Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. Под ред. Белкина М.К., Киев, "Выща школа", 1982 г., с.212].

Видеоусилители 7.1 и 7.2, АЦП 8.1 и 8.2 и вычислитель 9 выполняются на серийно выпускаемых компонентах [Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные и зарубежные аналоги. Справочник НТЦ "Микротех", 1998 г. (видеоусилители - с.188, АЦП - с.72, вычислитель-раздел 3, с.129-151].

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигналов в системах радиоконтроля. Технический результат от использования предлагаемого устройства для моноимпульсного измерения пеленга источников радиосигналов заключается в том, что заявляемое устройство обеспечивает определение пеленга источника радиоизлучения с более высокой точностью, чем прототип. Кроме того, оно в отличие от прототипа, без дополнительных приемных антенн и усилителей высокой частоты, определяет не только пеленг, а и частоту пеленгуемого радиосигнала. В известное устройство для моноимпульсного измерения пеленга источников радиосигналов, содержащее две идентичные приемные антенны, диаграммы направленности которых сдвинуты одна относительно другой на угол, не превышающий их ширину, первый усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу первой приемной антенны, второй усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу второй приемной антенны, последовательно включенные первый амплитудный детектор, первый видеоусилитель и первый аналого-цифровой преобразователь, последовательно включенные второй амплитудный детектор, второй видеоусилитель и второй аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, введены два делителя мощности, измеритель частоты и измеритель разности фаз, вход первого делителя мощности подключен к выходу первого усилителя высокой частоты, первый выход - ко входу первого амплитудного детектора, а второй выход - к первому входу измерителя разности фаз, вход второго делителя мощности подключен к выходу второго усилителя высокой частоты, первый выход - ко входу второго амплитудного детектора, а второй выход - ко второму входу измерителя разности фаз, выход которого подключен к третьему выходу одного из делителей мощности, а выход - к четвертому входу вычислителя, при этом центры раскрыва приемных антенн разнесены на расстояние, не менее чем в 5...10 раз превышающее длину волны пеленгуемого радиосигнала. 2 ил.

Устройство для моноимпульсного измерения пеленга источников радиосигналов, содержащее две идентичные приемные антенны, первый усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу первой приемной антенны, второй усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу второй приемной антенны, два амплитудных детектора, измеритель частоты, измеритель разности фаз и вычислитель, третий и четвертый входы которого подключены к выходам измерителя частоты и измерителя разности фаз соответственно, отличающееся тем, что в него введены два делителя мощности, два усилителя и два аналого-цифровых преобразователя, вход первого делителя мощности подключен к выходу первого усилителя высокой частоты, первый выход - ко входу первого амплитудного детектора, а второй выход - к первому входу измерителя разности фаз, вход второго делителя мощности подключен к выходу второго усилителя высокой частоты, первый выход - ко входу второго амплитудного детектора, а второй выход - ко второму входу измерителя разности фаз, вход первого видеоусилителя подключен к выходу первого амплитудного детектора, а выход - ко входу первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу вычислителя, вход второго видеоусилителя подключен к выходу второго амплитудного детектора, а выход - ко входу второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко второму входу вычислителя, при этом фокальные оси приемных антенн образуют между собой угол, не превышающий ширины их диаграмм направленности, а центры раскрыва разнесены на расстояние, превышающее длину волны пеленгуемого сигнала не менее чем в 5...10 раз, в вычислителе рассчитывается грубое значение _A пеленга радиосигнала по формуле

где U₁, U₂ - уровни сигналов на выходах первого и второго видеоусилителей;

К - крутизна пеленгационной характеристики,

рассчитываются возможные точные значения пеленга радиосигнала по формулам

n=0,±1,±2,...m,

где Δϕ - измеренная разность фаз;

f - измеренная несущая частота;

с - скорость света;

d - разнос центров раскрыва антенн;

m - целая часть величины

ϑ - угол между фокальными осями приемных антенн и ближайшее из них к значению _A принимается в качестве результата пеленгования источника радиосигнала.