ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ Российский патент 2007 года по МПК G01S3/46 

Предлагаемый способ относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использован для определения угловых координат источника излучения сигнала.

Известны фазовые способы пеленгации (патенты РФ №№2003131, 2006872, 2010258, 2012010, 2134429, 2155352, 2175770; патенты Германии №№2127087, 2710955; патенты Великобритании №№1395599, 1598325; Кинкулькин И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. М.: Сов. Радио, 1979; Космические радиотехнические комплексы. Под ред. С.И.Бычкова. М.: Сов. радио, 1967, с.130-138 и другие).

Из известных способов наиболее близкими к предлагаемому является фазовый способ пеленгации (Космические радиотехнические комплексы. Под ред. С.И.Бычкова. М.: Сов. радио, 1967, с.130-138), который и выбран в качестве базового объекта.

Фазовому способу пеленгации вообще свойственно противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угла. Действительно, согласно формуле

Δϕ=2π·d/λ·Cosβ,

где Δϕ - разность фаз между сигналами, принимаемыми двумя антеннами, разнесенными на расстояние d (измерительная база);

λ - длина волны;

β - угол прихода радиоволн относительно нормали к измерительной базе,

фазовая система тем чувствительнее к изменению угла β, чем больше относительный размер базы d/λ. Однако с ростом d/λ уменьшается значение угловой координаты β, при которой разность фаз Δϕ превосходит значение 2π, т.е. наступает неоднозначность отсчета.

Исключить неоднозначность фазового способа пеленгации источника излучения сигнала можно двумя классическими методами: применением антенн с острой диаграммой направленности и использованием нескольких измерительных баз (многошкальность).

Система пеленгации с остронаправленными антеннами обладает большой дальностью действия и высокой разрешающей способностью по направлению. Однако они требуют поиска источника излучения сигнала до начала измерений и его автоматического сопровождения по направлению антенным лучом в процессе измерений, а также лишают фазовый способ пеленгации одного из его достоинств - возможности использования ненаправленных (изотропных) антенных систем.

Многошкальность обычно достигается использованием нескольких измерительных баз. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета угла β, а большая база - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. При выборе величины базы, а также числа баз исходят из следующих соображений.

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

n=2 d/λ.

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

d<λ/2.

Базовый объект использует многошкальную (многобазовую) антенную систему (фиг.1). При этом приемные антенны 1, 2, 3 и 4 имеют классическую форму расположения. В качестве примера рассматривается случай использования четырех антенн. Малая база d₁, образованная антеннами 1 и 2, обеспечивает грубый однозначный отсчет, большая база d₂, образованная антеннами 3 и 4 - точный неоднозначный отсчет.

Однако в ряде случаев при больших диапазонах однозначного измерения углов β грубая база d₁ может быть столь мала, что на ней физически невозможно разместить две антенны (например, d₁=1 м, диаметр антенн D=2 м).

В таких случаях возможно образование грубой шкалы косвенным методом.

Имеются две измерительные неравные базы d₁ и d₂ (фиг.2) и на каждой из них измеряют фазовые сдвиги Δϕ₁ и Δϕ₂. Измерение разности разностей фаз Δϕ_р=Δϕ₁-Δϕ₂ эквивалентно измерению фазового сдвига на базе, длина которой d₃=d₁-d₂.

Таким образом, выбирая разность баз d₃ достаточно малой, можно обеспечить формирование соответствующей грубой измерительной базы.

Следует заметить, что суммарный фазовый сдвиг Δϕ_∑=Δϕ₁+Δϕ₂ может использоваться для формирования измерений, эквивалентных измерению разности фаз на базе d₄, длина которой равна сумме двух исходных баз

d₄=d₁+d₂.

Технической задачей изобретения является увеличение диапазона однозначного измерения углов при малой длине грубой измерительной базы.

Поставленная задача решается тем, что согласно фазовому способу пеленгации, основанному на приеме сигналов на четыре антенны, разнесенных и расположенных на одной линии, совмещают две антенны, образуя первую антенну, формируют две неравные измерительные базы первой и второй антеннами, второй и третьей антенной соответственно измеряют разности фаз между сигналами, принимаемыми указанными антеннами, определяют разность и сумму измеренных разностей фаз, формируют с использованием разности разностей фаз грубую, но однозначную шкалу отсчета углов, соответствующую малой измерительной базе, с использованием суммы разностей фаз точную, но неоднозначную шкалу отсчета углов, соответствующую большой измерительной базе.

Взаимное расположение антенн 1, 2, 3 и 4 базового объекта показано на фиг.1. Взаимное расположение антенн 1, 2 и 3 предлагаемого способа изображено на фиг.2. Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.3.

Устройство содержит последовательно включенные первую антенну 1, первый приемник 4, первый фазометр 7, второй вход которого через второй приемник 5 соединен с выходом второй антенны 2, вычитатель 9 и блок 11 регистрации, последовательно включенные третью антенну 3, третий приемник 6, второй фазометр 8, второй вход которого соединен с выходом второго приемника 5, и сумматор 10, второй вход которого соединен с выходом первого фазометра 7, а выход подключен к второму входу блока 11 регистрации, второй вход вычитателя 9 соединен с выходом второго фазометра 8.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Принимаемые сигналы:

U₁(t)=υ₁·Cos(ω_ct+ϕ₁),

U₂(t)=υ₂·Cos(ω_ct+ϕ₂),

U₃(t)=υ₃·Cos(ω_ct+ϕ₃), 0≤t≤T_c,

где υ₁, υ₂, υ₃, ω_c, ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, Т_c - амплитуды, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;

с выхода приемных антенн 1, 2, 3 через приемники 4, 5, 6 поступают на входы двух фазометров 7 и 8 соответственно. Причем приемные антенны 1, 2, 3 разнесены и расположены на одной линии (фиг.2). Антеннами 1 и 2 образована первая измерительная база d₁, а антеннами 2 и 3 вторая измерительная база d₂ соответственно (d₁≠d₂). Фазометрами 7 и 8 измеряются фазовые сдвиги соответственно:

Δϕ₁=ϕ₁-ϕ₂=2π·d₁/λ·Cosβ,

Δϕ₂=ϕ₂-ϕ₃=2π·d₂/λ·Cosβ,

где d₁, d₂ - измерительные базы, образованные антеннами 1, 2 и 2, 3 соответственно;

λ - длина волны;

β - угол прихода радиоволн относительно нормали к измерительным базам.

Измеренные сдвиги фаз Δϕ₁ и Δϕ₂ поступают на два входа вычитателя 9 и сумматора 10.

Измерение разности разностей фаз

Δϕ_р=Δϕ₁-Δϕ₂

эквивалентно измерению фазового сдвига на базе, длина которой

d₃=d₁-d₂.

Таким образом, выбирая разность баз d₃ достаточно малой, можно обеспечить формирование соответствующей измерительной базы.

Суммарный фазовый сдвиг

Δϕ_Σ=Δϕ₁+Δϕ₂,

полученный на выходе сумматора 10, используется для формирования измерений, эквивалентных измерению разности фаз на базе d₄, длина которой равна сумме двух исходных баз

d₄=d₁+d₂.

При этом между сформированными измерительными базами выполняется следующее неравенство:

d₃/λ<1/2≤d₄/λ.

Наименьшая база d₃, определяющая интервал однозначного измерения направления, определяется из условия

d₃=λ/|u_max-u_min|,

где |u_max, u_min| - интервал однозначного измерения направляющего косинуса.

Наибольшая база d₄ определяет точность измерения направления

d₄=SΔϕ·λ/2πSu,

где SΔϕ - погрешность фазометров,

Su - погрешность измерения направления.

При согласовании измерительных баз должно выполняться условие

u_от≥2Su_г,

т.е. удвоенная максимальная погрешность измерения направления на грубой базе d₃ не должна превышать интервал однозначного измерения направления на точной базе d₄.

Для выполнения условия согласования баз необходимо обеспечить определенное соотношение между грубой и точной базами

d₄/d₃·SΔϕ_р<π.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает увеличение диапазона однозначного измерения углов при малой длине грубой измерительной базы. Это достигается формированием грубой шкалы косвенным методом. Техническая реализация предлагаемого способа требует меньшего количества приемных антенн и приемников. Особенно это важно при пеленгации источников излучения сигналов в широком частотном диапазоне.

Предлагаемый способ относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использован для определения угловых координат источника излучения сигнала. Достигаемым техническим результатом изобретения является увеличение диапазона однозначного измерения углов при малой длине грубой измерительной базы. Заявленный способ реализуется с помощью устройства, содержащего три приемных антенны, три приемника, два фазометра, вычитатель, сумматор и блок регистрации, соединенные определенным образом. 3 ил.

Фазовый способ пеленгации, основанный на приеме сигналов на три антенны, разнесенных и расположенных на одной линии, отличающийся тем, что формируют две неравные измерительные базы d₁ и d₂ - первой и второй антеннами, второй и третьей антеннами соответственно, измеряют разности фаз Δϕ₁ и Δϕ₂ между сигналами, принимаемыми первой и второй, второй и третьей антеннами соответственно, определяют разность Δϕ р=Δϕ₁-Δа₂ и сумму Δϕ_Σ=Δϕ₁+Δϕ₂ измеренных разностей фаз, формируют с использованием разности разностей фаз Δϕр грубую, но однозначную шкалу отсчета углов, соответствующую малой измерительной базе d₂, с использованием суммы разностей фаз Δϕ_Σ - точную, но неоднозначную шкалу отсчета углов, соответствующую большой измерительной базе d₁, при этом измерение разности разностей фаз Δϕр эквивалентно измерению фазового сдвига на измерительной базе, длина которой d₃=d₁-d₂, измерение суммарного фазового сдвига Δϕ_Σ эквивалентно измерению разности фаз на измерительной базе, длина которой d₄=d₁+d₂ при условии выполнения неравенства d₃/λ<1/2≤d₄/λ и условии согласования используемых измерительных баз, при котором удвоенная максимальная погрешность измерения на базе d₃ не должна превышать интервал однозначного измерения направления на базе d₄, что обеспечивается соотношением d₄/d₃·SΔϕ≤π, где SΔϕ - погрешность фазометров.