СПОСОБ РАДИОПЕЛЕНГОВАНИЯ И РАДИОПЕЛЕНГАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01S3/02 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение может быть использовано в комплексах определения местоположения источников радиоизлучения. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение точности пеленгования и уменьшение времени, необходимого для осуществления пеленгации. Указанный результат достигается за счет того, что принимают радиосигнал пятью антеннами, образующими эквидистантную кольцевую антенную решетку, измеряют комплексные взаимные спектры пар сигналов, принятых соседними антеннами, формируют двумерный угловой спектр сигнала, определяют разности фаз между сигналами, принятыми соседними антеннами, с помощью которых оценивают азимут и угол места источника радиосигнала, измеряют амплитудные разностные спектры сигналов, принятых парами соседних и несоседних антенн, с помощью которых и с помощью результатов оценивания азимута по разностям фаз определяют азимут источника радиосигнала. Заявленное устройство, реализующее способ, содержит определенным образом соединенные между собой пять антенн, радиоприемный блок, запоминающее устройство, вычислитель взаимного спектра, вычислитель аргументов взаимного спектра, выполненные пятиканальными, а также фазовый вычислитель азимута, вычислитель угла места, датчик параметров вычислений, генератор синхроимпульсов, вычислитель двумерного углового спектра сигнала, вычислитель однозначных разностей фаз, вычислитель амплитудного разностного спектра, амплитудный вычислитель азимута и вычислитель азимута. 2 н.п. ф-лы, 36 ил.

1. Способ радиопеленгования, включающий когерентный прием радиосигнала с помощью пяти антенн, выполненных идентичными ненаправленными, осесимметричными, вибраторного типа с геометрическими размерами по их осям симметрии, соизмеримыми с длиной волны λ радиосигнала, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем фазовые центры антенн размещены на прямых линиях, расположенных в плоскости антенной решетки, проходящих через центр антенной решетки и ориентированных относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, проходящей через центр антенной решетки и фазовый центр одной из антенн антенной решетки под соответствующими углами α_n, определяемыми по формуле

,

где n=1, 2, ..., 5 - порядковый номер антенн антенной решетки, а за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, через фазовый центр которой проходит осевая линия антенной решетки, причем радиус R антенной решетки выбран обеспечивающим априорно известный для минимальной длины волны λ_min радиосигнала максимальный уровень η_max боковых лепестков диаграммы направленности фазированной антенной решетки с равноамплитудным возбуждением, который в зависимости от заданной достоверности пеленгования выбирается в пределах 0≤η_max<1, измерение комплексных взаимных спектров пар сигналов и , когерентно принятых соседними n-й и k-й антеннами, в соответствии с формулой

где * - знак комплексного сопряжения;

формирование двумерного углового спектра сигнала в виде совокупности Р значений функции D(l_θΔ_θ, l_βΔ_β) по формуле

,

где l_θ=0, ..., L_θ-1 - порядковый номер азимутального направления, характеризуемого углом l_θΔ_θ между находящейся в плоскости пеленгования прямой линией, проходящей через центр антенной решетки, и упомянутой осевой линией антенной решетки;

- общее количество азимутальных направлений в круговом азимутальном секторе от 0 до 2π радиан;

Δ_θ - угловой шаг между азимутальными направлениями;

l_β=0, ..., L_β-1 - порядковый номер угломестного направления, характеризуемого углом l_βΔ_β между прямой линией, находящейся в плоскости, перпендикулярной плоскости пеленгования, проходящей через центр антенной решетки, и проекцией вышеупомянутой прямой линии на плоскость пеленгования;

- общее количество угломестных направлений в угловом секторе от 0 до радиан;

Δ_β - угловой шаг между угломестными направлениями;

- действительная часть комплексного числа , равного

;

- мнимая единица;

- угол между прямой линией, проходящей через фазовые центры соседних n-й и k-й антенн, и осевой линией антенной решетки, выбор угла из всех L_θ возможных значений углов 0, ... l_θΔ_θ, ...(L_θ-1)Δ_θ и угла из всех L_β возможных значений углов 0, ... l_βΔ_β, ...(L_β-1)Δ_β, совместной совокупности которых соответствует наибольшее или одно из наибольших значений функции D(l_θΔ_θ, l_βΔ_β) из всех Р ее значений, где Р=L_θL_β, соответствующих всем возможным совместным совокупностям значений ее аргументов l_θΔ_θ и l_βΔ_β,

при этом измеряют амплитудные значения разностных спектров V_n сигналов и , когерентно принятых соседними и n-й и k-й антеннами антенной решетки, и амплитудные значения разностных спектров Н_n сигналов и , когерентно принятых несоседними m-й и р-й антеннами антенной решетки, в соответствии с формулами

,

,

где

определяют однозначные разности фаз между сигналами и , когерентно принятыми соседними n-й и k-й антеннами антенной решетки, по формуле

,

где ;

- функция-сигнум (знак);

- аргумент комплексного числа ;

[у] - целая часть числа у, равного ,

оценивают в пределах от 0 до 2π радиан азимут в источника радиосигнала с использованием однозначных разностей фаз по формуле

,

определяют в пределах от 0 до радиан угол места источника радиосигнала, характеризуемый как угол между направлением вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала и плоскостью пеленгования, по формуле ,

где ;

,

и определяют в пределах от 0 до 2π радиан азимут источника радиосигнала, характеризуемый как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией антенной решетки и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования, по формуле

где - результат оценивания в пределах от 0 до 2π радиан азимута источника радиосигнала по формуле

;

;

;

и - результаты оценивания в пределах от 0 до 2π радиан азимута источника радиосигнала по формулам

;

;

;

;

- функция-сигнум (знак);

ε - априорно известный коэффициент, характеризующий влияние мачтового устройства на диаграммы направленности антенн антенной решетки, значение которого в зависимости от отношения геометрических размеров мачтового устройства и антенн антенной решетки вдоль их осей симметрии, конструкции антенной решетки и мачтового устройства выбирают в пределах

,

причем в случае выполнения соотношения значения угловых шагов Δ_θ и Δ_β выбирают равными соответственно и , а в случае выполнения соотношения значения угловых шагов Δ_θ и Δ_β выбирают максимальными из углов, обеспечивающих целые значения L_θ и L_β соответственно, удовлетворяющих соотношениям

Δ_θ≤Δ_η;

Δ_β≤Δ_η,

где Δ_η - угол, зависящий от отношения радиуса R антенной решетки к длине волны λ, радиосигнала и выбираемый в соответствии с соотношением,

,

где J₀(g) - функция Бесселя первого рода нулевого порядка числа g, равного ;

η - априорно известный для заданного отношения максимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности фазированной антенной решетки с равноамплитудным возбуждением, удовлетворяющий при λ≥λ_min соотношению η≤η_max.

,

где n=1, 2, ..., 5 - порядковый номер антенн антенной решетки, а за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, через фазовый центр которой проходит осевая линия антенной решетки, радиоприемный блок, выполненный пятиканальным с идентичными каналами, с общим гетеродином для всех каналов и возможностью спектральной обработки сигналов с представлением сигналов в виде действительной и мнимой спектральных компонент в каждом канале, запоминающее устройство компонент спектров сигналов, вычислитель взаимного спектра сигналов соседних каналов и вычислитель аргументов взаимного спектра сигналов соседних каналов, выполненные пятиканальными, а также фазовый вычислитель азимута, вычислитель угла места, датчик параметров вычислений, формирующий значения отношений радиуса R антенной решетки к длине волны λ радиосигнала, генератор синхроимпульсов, синхронизирующий работу всех блоков, выход которого соединен с синхровходами радиоприемного блока, запоминающего устройства компонент спектров сигналов, вычислителя взаимного спектра сигналов соседних каналов, вычислителя аргументов взаимного спектра сигналов соседних каналов, датчика параметров вычислений, фазового вычислителя азимута и вычислителя угла места, причем входы каналов радиоприемного блока соединены с выходами соответствующих антенн, пары выходов каналов радиоприемного блока, соответствующих действительной и мнимой компонентам спектров сигналов, соединены соответственно с парами входов соответствующих каналов запоминающего устройства компонент спектров сигналов, пары выходов каналов которого соединены соответственно с парами входов соответствующих каналов вычислителя взаимного спектра сигналов соседних каналов, пары выходов каналов которого соединены соответственно с парами входов соответствующих каналов вычислителя аргументов взаимного спектра сигналов соседних каналов, а первый выход датчика параметров вычислений соединен с информационным входом вычислителя угла места, выход которого служит угломестной выходной шиной радиопеленгатора для формирования значения угла места источника радиосигнала, отличающийся тем, что введены вычислитель двумерного углового спектра сигнала, вычислитель однозначных разностей фаз между сигналами соседних каналов, вычислитель амплитудного разностного спектра всех пар каналов, амплитудный вычислитель азимута и вычислитель азимута, при этом радиус R антенной решетки выбран обеспечивающим априорно известный для минимальной длины волны λ_min радиосигнала максимальный уровень η_max боковых лепестков диаграммы направленности фазированной антенной решетки с равноамплитудным возбуждением, который в зависимости от заданной достоверности пеленгования выбирается в пределах 0≤η_max<1, датчик параметров вычислений выполнен с возможностью формирования априорно известного значения коэффициента, характеризующего влияние мачтового устройства на диаграммы направленности антенн антенной решетки, с возможностью формирования значений угловых шагов Δ_θ и Δ_β, равных соответственно и для заданных отношений , не превышающих , и с возможностью формирования для заданных отношений , превышающих , априорно известных максимальных значений угловых шагов Δ_θ и Δ_β, обеспечивающих целые значения отношений и соответственно, не превышающих половину ширины главного лепестка диаграммы направленности фазированной антенной решетки с равноамплитудным возбуждением в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно по уровням, равным априорно известным для заданных отношений уровням ее максимальных боковых лепестков, вычислитель угла места выполнен с возможностью обеспечения вычислений функции вида ,

где ;

;

- однозначная разность фаз между сигналами в n-й паре соседних каналов;

- угол между прямой линией, проходящей через фазовые центры n-й пары соседних антенн, и осевой линией антенной решетки, вычислитель двумерного углового спектра сигнала выполнен с возможностью оценки азимута и угла места источника радиосигнала в пределах априорно известной для заданного отношения ширины главного лепестка диаграммы направленности фазированной антенной решетки с равноамплитудным возбуждением, амплитудный вычислитель азимута выполнен с возможностью вычисления азимута с использованием амплитудного разностного спектра всех пар каналов, с использованием амплитудного разностного спектра пар соседних каналов и с использованием амплитудного разностного спектра пар несоседних каналов, вычислитель азимута выполнен с возможностью адаптивной оценки азимута с использованием результатов вычислений азимута в фазовом и амплитудном вычислителях азимута в зависимости от заданных значений отношения и априорно известного коэффициента, характеризующего влияние мачтового устройства на диаграммы направленности антенн антенной решетки, причем пять пар входов вычислителя двумерного углового спектра сигнала соединены соответственно с парами выходов соответствующих каналов вычислителя взаимного спектра сигналов соседних каналов, пары выходов каналов запоминающего устройства компонент спектров сигналов соединены соответственно с пятью парами соответствующих входов вычислителя амплитудного разностного спектра всех пар каналов, десять выходов которого соединены с соответствующими входами амплитудного вычислителя азимута, выходы пяти каналов вычислителя аргументов взаимного спектра сигналов соседних каналов и два выхода вычислителя двумерного углового спектра сигнала соединены соответственно с семью входами вычислителя однозначных разностей фаз между сигналами соседних каналов, пять выходов которого соединены соответственно с объединенными соответствующими пятью входами вычислителя угла места и фазового вычислителя азимута, выход которого соединен с объединенными первым входом вычислителя азимута и одиннадцатым входом амплитудного вычислителя азимута, три выхода которого соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами вычислителя азимута, объединенные информационный вход вычислителя однозначных разностей фаз между сигналами соседних каналов и первые информационные входы вычислителя двумерного углового спектра сигнала и вычислителя азимута соединены с первым выходом датчика параметров вычислений, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами вычислителя двумерного углового спектра сигнала и вторым информационным входом вычислителя азимута, а выход генератора синхроимпульсов дополнительно соединен с синхровходами вычислителя двумерного углового спектра сигнала, вычислителя однозначных разностей фаз между сигналами соседних каналов, вычислителя амплитудного разностного спектра всех пар каналов, амплитудного вычислителя азимута и вычислителя азимута, выход которого служит азимутальной выходной шиной радиопеленгатора для формирования значения азимута источника радиосигнала.