ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 2008 года по МПК G01S3/46 

Предлагаемый фазовый пеленгатор относится к области радиоэлектроники и может быть использован для пассивного радиоконтроля в многоканальных системах, предназначенных для пеленгации нескольких источников радиоизлучения, одновременно попадающих в полосу приема.

Известны устройства для пеленгации источников излучения сигналов (авт. свид. СССР №№558.584, 1.555.695, 1.591.664, 1.591.665, 1.602.203, 1.679.872, 1.730.924, 1.746.807, 1.832.047; патенты РФ №№2.006.872, 2.010.258, 2.012.010, 2.165.628, 2.189.609, 2.288.480; Кинкулькин И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. М.: Сов. Радио, 1967, с.134-138, рис.2.3.9, а и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является фазовый пеленгатор (Космические радиотехнические комплексы. / Под ред. С.И.Бычкова. М.: Сов. радио, 1967, с.134-138, рис 2.3.9, а), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный фазовый пеленгатор обеспечивает пеленгацию только одного источника радиоизлучения и только в одной плоскости.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей фазового пеленгатора путем пеленгации в двух плоскостях нескольких источников радиоизлучений, одновременно попадающих в полосу приема.

Поставленная задача решается тем, что фазовый пеленгатор, содержащей, в соответствии с ближайшим аналогом, два приемника с антеннами, разнесенными друг от друга на расстояние d, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен третьим приемником с антенной, двумя П-отводными линиями задержки, 2n перемножителями, 2n фильтрами нижних частот, 2n пороговыми блоками и 2n блоками регистрации, причем выходы второго и третьего приемников соединены с первой и второй n-отводными линиями задержки соответственно, к каждому отводу которых последовательно подключены перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого приемника, фильтр нижних частот, пороговый блок и блок регистрации. Приемные антенны расположены в виде геометрического прямого угла, в вершине которого расположена первая приемная антенна, образующая со второй и третьей антеннами, размещенными в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно, стороны прямого угла длиной d.

Структурная схема фазового пеленгатора представлена на фиг.1. Взаимное расположение приемных антенн показано на фиг.2.

Фазовый пеленгатор содержит первый 1, второй 2 и третий 3 приемники с приемными антеннами А, В и С соответственно. Выходы второго 2 и третьего 3 приемников соединены с первой 4.i и второй 5.i n-отводными линиями задержки (i=1, 2, ..., n) соответственно, к каждому отводу которых последовательно подключены перемножитель 6.i (7.i), второй вход которого соединен с выходом первого приемника 1, фильтр 8.i (9.i) нижних частот, пороговый блок 10.i (11.i) и блок 12.i (13.i) регистрации (i=1, 2,..., n).

Следует отметить, что принцип работы фазового пеленгатора основан на измерении разности фаз Δϕ₁ и Δϕ₂ сигналов, принимаемых антеннами А и В, А и С,

где d - расстояние между разнесенными антеннами (измерительные базы);

λ - длина волны;

α, β - азимут и угол места источника радиоизлучения.

Фазовому пеленгатору свойственно противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета углов α и β.

Действительно, согласно приведенным выражениям, фазовый пеленгатор тем чувствительнее к изменению углов α и β, чем больше относительный размер измерительных баз d/λ. Но с ростом d/λ уменьшаются значения угловых координат α и β, при которых разности фаз Δϕ₁ и Δϕ₂ превосходят значение 2π, т.е. возникает неоднозначность отсчета.

Исключить неоднозначность фазового пеленгатора можно двумя классическими методами:

1) применением приемных антенн с острой диаграммой направленности;

2) использованием нескольких измерительных баз (многошкальность) в каждой плоскости.

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

Многошкальность обычно достигается использованием нескольких измерительных баз в одной плоскости. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета угла, а большая база - точную, но неоднозначную шкалу отсчетов.

В предлагаемом фазовом пеленгаторе противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета углов α и β разрешается за счет корреляционной обработки принимаемых сигналов. При этом для увеличения точности пеленгации увеличивают размеры измерительных баз, а возникающую при этом неоднозначность отсчета углов α и β устраняют корреляционной обработкой принимаемых сигналов.

Фазовый пеленгатор работает следующим образом.

Разности фаз высокочастотных колебаний, принимаемых антеннами А и В, А и С, определяются соотношениями:

С другой стороны указанные разности фаз определяются следующим образом:

Δϕ₁=2πf(t+τ₁)-2πft=2πfπ₁

Δϕ₂=2πf(t+τ₂)-2πft=2πfπ₂

где f - несущая частота источника излучения сигналов;

- время запаздывания сигнала на приемную антенну В, по отношению к сигналу, приходящему на приемную антенну А;

- время запаздывания сигнала на приемную антенну С, по отношению к сигналу, приходящему на приемную антенну А;

ΔR₁, ΔR₂ - разности расстояний от источника излучения до приемных антенн А и В, А и С;

С - скорость распространения радиоволн.

Следовательно, приравняв указанные соотношения, получим:

Измерив величину задержек τ₁ и τ₂ и зная измерительную базу d, можно однозначно определить истинные α_и и угол места β_и:

В реальных условиях на входы фазового пеленгатора кроме полезного сигнала действуют шумы и помехи:

где U_∑1(t), U_∑2(t), U_∑3(t) - входные колебания первого А, второго В и третьего С приемников, представляющие собой аддитивную смесь полезного сигнала U₁(t) и шумов U_Ш1(t), U_Ш2(t) и U_Ш3(t).

Аддитивные смеси U_∑1(t), U_∑2(t) и U_∑3(t) с выходов приемников 1, 2 и 3 соответственно поступают на входы 2n корреляторов непосредственно и через n - отводные линии задержки 4.i и 5.i (i=1, 2, ...,n). Каждый коррелятор состоит из перемножителя 6.i (7.i) и фильтра 8.i (9.i) нижних частот (i=1, 2, ..., n). В корреляторах помехи и шумы независимы и подавляются, а сигналы от каждого источника радиоизлучений достигают максимального значения в зависимости от времени задержки τ_i (i=1, 2, ..., n), количество корреляторов и время задержки τ_i (i=1, 2, ..., n) определяются требуемой точностью и разрешающей способностью определения азимута и угла места на источники радиоизлучений, одновременно попадающих в полосу приема.

В общем случае необходимо обеспечить суммарную задержку сигнала в диапазоне от -Δτ до Δτ с помощью двух n-отводных линий задержки. Временной интервал определяется из выражения:

Наличие одновременно на выходе нескольких корреляторов локальных максимумов взаимной корреляционной функции соответствующей ситуации, когда на рубеже обнаружения присутствуют несколько источников радиоизлучений. По данному признаку оценивается количество источников радиоизлучений в контролируемой зоне.

Выходные напряжения корреляторов сравниваются с пороговым напряжением U_пор в пороговых блоках 10.i и 11.i (i=1, 2, ..., n). Пороговое напряжение U_пор превышается только при максимальном значении выходного напряжения коррелятора. В случае наличия нескольких источников радиоизлучений могут наблюдаться максимумы на выходах нескольких корреляторов. При превышении порогового напряжения U_пор это превышение регистрируется соответствующим блоком 12.i (13.i) регистрации. По количеству и номерам блоков регистрации, которые сработают, принимается решение о количестве источников радиоизлучений, их азимутах и углах места.

Таким образом, предлагаемый фазовый пеленгатор по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает пеленгацию в двух плоскостях нескольких источников радиоизлучений, одновременно попадающих в полосу приема.

Кроме того, предлагаемый фазовый пеленгатор позволяет разрешить противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета азимутов и углов места источников радиоизлучений. Точность пеленгации обеспечивается увеличением измерительных баз, а возникающая при этом неоднозначность отсчета углов устраняется корреляционной обработкой принимаемых сигналов.

Тем самым функциональные возможности фазового пеленгатора расширены.

Предлагаемый фазовый пеленгатор относится к области радиоэлектроники и может быть использован для пассивного радиоконтроля в многоканальных системах, предназначенных для пеленгации нескольких источников радиоизлучения, одновременно попадающих в полосу приема. Достигаемым техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей фазового пеленгатора путем пеленгации в двух плоскостях нескольких источников радиоизлучений, одновременно попадающих в полосу приема. Сущность изобретения заключается в том, что фазовый пеленгатор содержит первый, второй и третий приемники с приемными антеннами, при этом выходы второго и третьего приемников соединены с первой и второй n-отводными линиями задержки соответственно, к каждому отводу которых последовательно подключены перемножетель, второй вход которого соединен с выходом первого приемника, фильтр нижних частот, пороговый блок и блок регистрации. 2 ил.

Фазовый пеленгатор, содержащий два приемника с антеннами, разнесенными друг от друга на расстояние d, отличающийся тем, что он снабжен третьим приемником с антенной, двумя n-отводными линиями задержки, 2n перемножителями, 2n фильтрами нижних частот, 2n пороговыми блоками и 2n блоками регистрации, причем выходы второго и третьего приемников соединены с первой и второй n-отводными линиями задержки соответственно, к каждому отводу которых последовательно подключены перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого приемника, фильтр нижних частот, пороговый блок и блок регистрации, приемные антенны расположены в виде геометрического прямого угла, в вершине которого расположена первая приемная антенна, образующая со второй и третьей антеннами, размещенными в азимутальной и угломерной плоскостях соответственно, стороны прямого угла длиной d, при этом решение о количестве источников радиоизлучений, одновременно попавших в полосу приема, их азимутах и углах места принимается по количеству и номерам блоков регистрации, срабатывающих при превышении порогового напряжения в пороговых блоках.