СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ И ПЕЛЕНГАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК G01S3/14 

Заявляемые объекты объединены единым изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах, а также в средствах радиоконтроля для определения пеленга и угла места на источник априорно неизвестного сигнала.

Известен способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов пятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решеткой, выполненной из ненаправленных антенн, расположенных в плоскости пеленгования, преобразование радиосигналов двухканальным приемником, измерение разностей фаз между преобразованными сигналами, принятыми отдельными парами ненаправленных антенн, сравнение всех измеренных разностей фаз между собой, по которым судят о значении пеленга (Заявка Великобритании №2140238, G01S 3/48, опубл. 1984 г.).

Однако способ имеет недостаток - ограниченную область применения, т.к. он не может быть использован для пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Известен способ пеленгации источника сигнала (см. пат. RU №2192651, G01S 3/14, G01S 3/00, опубл. 05.10.2000 г.), включающий прием пеленгуемого сигнала элементами двух линейных эквидистантных антенных решеток, расположенных взаимно перпендикулярно, вычисление пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами первой линейной эквидистантной антенной решетки и комплексно-сопряженного пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами второй линейной эквидистантной антенной решетки, преобразование масштабов обоих вычисленных пространственных спектров пеленгуемого сигнала по логарифмическому закону, корреляционный анализ и измерение относительного сдвига преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала и оценку угловых координат.

Однако способ имеет недостаток - ограниченную область применения, т.к. обеспечивает возможность пеленгования источников радиоизлучения только с частотным и временным разделением каналов, в то же время он не может быть использован для пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Известен способ пеленгации по пат. RU №2144200, МПК7 G01S 3/14. Способ пеленгации радиосигналов и многоканальный пеленгатор. Опубл. 1.10.2000 г. Он включает прием радиосигналов антенной решеткой, состоящей из N антенных элементов, выполненных идентичными в количестве не менее трех и расположенных в плоскости пеленгования, измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов, характеризующих фазы каждого радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне одним из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, относительно фазы радиосигнала, принимаемом в том же частотном поддиапазоне другим из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного для всех используемых пар антенных элементов, формирование двухмерных угловых спектров каждого принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят об азимутах и углах места принятых радиосигналов.

Способ-аналог позволяет повысить точность пеленгования при сканировании в широком диапазоне частот и получить информацию об угле наклона фронта волны источника радиосигнала. Однако способ имеет недостаток - ограниченную область применения, т.к. обеспечивает возможность пеленгования источников радиоизлучения только с частотным и временным разделением каналов, в то же время он не может быть использован для пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Известно устройство для пеленгации (пат. RU №2096797, G01S 3/14. Многоканальный пеленгатор. Опубл. 1998.01.20), содержащий антенную систему, связанную с блоком сканирования, приемник, выполненный многоканальным и входы которого соединены с антенной системой, а выходы через аналого-цифровые преобразователи соединены с входами блоков преобразования Фурье, выходы которых соединены с входами вычислителя пеленга, отличающееся тем, что антенная система выполнена из антенной решетки и ненаправленной антенны, блок сканирования выполнен в виде коммутатора, приемник выполнен с общим гетеродином и двумя каналами - опорным и сигнальным, сигнальный вход приемника выполнен с возможностью последовательной коммутации посредством коммутатора к выходам элементов антенной решетки, а опорный вход подсоединен к выходу ненаправленной антенны, введены генератор синхроимпульсов и запоминающие устройства - компонент спектра для сигнального и опорного каналов, синхровыход генератора синхроимпульсов подсоединен к управляющему входу коммутатора и к синхровходам аналого-цифровых преобразователей, блоков преобразования Фурье и вычислителя пеленга, а выходы блоков преобразования Фурье для сигнального и опорного каналов соответственно соединены с входами вычислителя пеленга через запоминающие устройства компонент спектра для сигнального и опорного каналов соответственно.

Однако устройству также присущ недостаток, связанный с ограниченной областью возможного применения в частности, устройство-прототип не обеспечивает возможность пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Известно устройство для пеленгации (пат. RU 2258241, G01S 3/14. Многоканальный пеленгатор. Опубл. 2004.05.10), содержащее многоэлементную антенную решетку, выполненную из N идентичных элементов в количестве не менее трех, а также выполненные многоканальными соединенные последовательно приемник с общим гетеродином для всех каналов, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, запоминающее устройство компонент спектров, вычислитель сверток и, кроме того, вычислитель пеленгов, выполненный с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, и генератор синхроимпульсов, синхронизирующий работу всех блоков, отличающееся тем, что антенная решетка выполнена произвольной конфигурации с жестким взаимным расположением идентичных антенных элементов и соединена с входами приемника, производящего преобразование сигналов параллельно во времени от всех пар соседних элементов, причем число каналов приемника, аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, запоминающего устройства компонент спектров и вычислителя свертки соответствует числу антенных элементов, при этом вычислитель пеленгов содержит вычислитель аргументов сумм спектральных составляющих сверток, выходы которого соединены с соответствующими входами вычислителей пеленгов сигналов, управляющие входы которых соединены с управляющими входами вычислителя аргументов сумм спектральных составляющих сверток и вычислителя пеленга, а также запоминающее устройство коэффициентов (весов) суммирования аргументов, выход которого соединен с соответствующими входами вычислителей пеленгов сигналов, выходы которых являются выходами устройства.

Однако устройству также присущ недостаток, связанный с ограниченной областью возможного применения, в частности, устройство-прототип не обеспечивает возможность пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Известно устройство-аналог для пеленгации (пат. RU №2144200, МПК7 G01S 3/14. Многоканальный пеленгатор. Опубл. 1.10.2000 г.), содержащее антенную решетку, выполненную из N элементов в количестве не менее трех, расположенных в плоскости пеленгования, коммутатор, подсоединенный к ней, приемник, подсоединенный к коммутатору и выполненный многоканальным с опорным и сигнальным каналом на своем выходе и с общим гетеродином, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, запоминающее устройство компонент спектра, вычислитель сверток, выполненные двухканальными соответственно с опорным и сигнальным каналом и соединенные последовательно, вычислитель пеленга, выполненный с возможностью вычисления азимута, подсоединенный своим входом к выходу вычислителя сверток, генератор синхроимпульсов, подсоединенный к управляющему входу коммутатора и к синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, запоминающего устройства компонент спектра, вычислителя сверток, вычислителя пеленга, отличающееся тем, что в качестве элементов антенной решетки использованы идентичные ненаправленные антенны, коммутатор выполнен с возможностью подключения последовательно во времени пары элементов и с возможностью подсоединения к опорному каналу одного элемента, не входящего в эту пару, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команды на управляющий вход коммутатора для последовательного во времени подключения коммутатором следующих пар элементов, причем в качестве одного элемента, подсоединяемого к опорному каналу, использован элемент, не входящий в следующую пару элементов, при этом вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления угла наклона фронта волны радиосигнала.

Устройство-аналог позволяет повысить точность пеленгования при сканировании в широком диапазоне частот и получить информацию об угле наклона фронта волны источника радиосигнала. Однако устройство-аналог имеет недостаток - ограниченную область применения, т.к. обеспечивает возможность пеленгования источников радиоизлучения только с частотным и временным разделением каналов, в то же время он не может быть использован для пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ пеленгации по пат. RU №2263327, МПК7 G01S 3/14. Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления. Опубл. 27.10.2005 г., бюл. №30. Он включает прием радиосигналов в соответствующем поддиапазоне частот Δƒ_ν,

Δƒ_ν∈ΔF, ν=1,2,…V, V=ΔF/Δƒ антенной решеткой, состоящей из N идентичных ненаправленных антенных элементов, где N>2, расположенных в плоскости пеленгования с согласованным с местными условиями вариантом размещения, последовательное синхронное преобразование высокочастотных сигналов каждой пары антенных элементов антенной решетки в электрические сигналы промежуточной частоты, дискретизацию их и квантование, формирование из них четырех последовательностей отсчетов путем разделения на квадратурные составляющие, запоминание в каждой последовательности заданного числа B отсчетов квадратурных составляющих сигналов, коррекцию запомненных отсчетов последовательностей квадратурных составляющих путем последовательного умножения каждого из них на соответствующий отсчет заданного временного окна, формирование из скорректированных последовательностей квадратурных составляющих отсчетов сигналов двух комплексных последовательностей отсчетов сигналов, элементы которых определяют путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей квадратурных составляющих сигналов антенных элементов, преобразование обеих комплексных последовательностей отсчетов сигналов с помощью дискретного преобразования Фурье, попарное перемножение отсчетов сигнала преобразованной последовательности одного антенного элемента на соответствующие комплексно-сопряженные отсчеты сигнала преобразованной последовательности на той же частоте другого антенного элемента A_l,h, где l,h=1,2,…,N, l≠h, расчет для текущей пары антенных элементов разности фаз сигналов для каждого частотного поддиапазона по формуле Δφ_l,h,изм(ƒ_ν)=arctg(U_c(ƒ_ν)/U_s(ƒ_ν)), запоминание полученных разностей фаз радиосигналов, формирование и запоминание эталонного набора разностей фаз сигналов исходя из пространственного размещения антенных элементов антенной решетки, используемого частотного диапазона и заданной точности измерений, вычитание из эталонных разностей фаз сигналов соответствующих значений измеренных разностей фаз, возведение в квадрат полученных значений невязок и их суммирование по всем парам антенных элементов и всем частотным поддиапазонам, запоминание полученных сумм, находящихся в однозначном соответствии с направлениями прихода радиосигналов, определение наиболее вероятного направления прихода радиосигнала в горизонтальной и угломестной плоскостях по наименьшей сумме квадратов невязок.

Способ-прототип позволяет решить поставленную перед ним задачу - улучшить качество пеленгования, а именно повысить его точность. Однако способу-прототипу также присущ недостаток, связанный с ограниченной областью возможного применения, в частности, устройство-прототип не обеспечивает возможность пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является пеленгатор по пат. RU №2263327, МПК7 G01S 3/14. Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления. Опубл. 27.10.2005 г, бюл. № 30. Устройство-прототип содержит антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования с согласованным с местными условиями вариантом размещения, антенный коммутатор, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приёмника, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, блок преобразования Фурье, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, первое и второе запоминающие устройства, блок вычитания, блок формирования эталонных значений разностей фаз, блок вычисления разности фаз, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье, а второй вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье, первая группа информационных выходов блока вычисления разности фаз соединена с группой информационных входов второго запоминающего устройства, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с информационными выходами первого запоминающего устройства, информационные входы которого соединены с информационными выходами блока формирования эталонных значений разностей фаз, группа информационных входов которого является входной установочной шиной пеленгатора, последовательно соединенные умножитель, первый сумматор, третье запоминающее устройство, блок определения азимута и угла места, причем первая и вторая группы информационных входов умножителя объединены и соединены с группой информационных выходов блока вычитания, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого, второго и третьего запоминающих устройств, блока вычитания, умножителя, первого сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений разностей фаз и блока вычисления разности фаз.

Устройство позволяет решить поставленную перед ним задачу - улучшить качество пеленгования, а именно повысить его точность. Однако устройству-прототипу также присущ недостаток, связанный с ограниченной областью возможного применения, в частности, устройство-прототип не обеспечивает возможность пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов.

Целью заявляемых технических решений является расширение области их применения для пеленгации радиосигналов источников радиоизлучения как с частотным и временным разделением каналов, так и для пеленгации радиосигналов с кодовым разделением каналов.

В заявленном способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе пеленгации радиосигналов, включающем прием радиосигналов в соответствующем поддиапазоне частот Δƒ_ν, Δƒ_ν ∈ΔF, ν=1,2,…V, V=ΔF/Δƒ антенной решеткой, состоящей из N идентичных ненаправленных антенных элементов, где N>2, расположенных в плоскости пеленгования с согласованным с местными условиями вариантом размещения. Последовательное синхронное преобразование высокочастотных сигналов каждой пары антенных элементов антенной решетки в электрические сигналы промежуточной частоты. Дискретизацию сигналов и их квантование. Формирование из них четырех последовательностей отсчетов путем разделения на квадратурные составляющие, запоминание в каждой последовательности заданного числа В отсчетов квадратурных составляющих сигналов, коррекцию запомненных отсчетов последовательностей квадратурных составляющих путем последовательного умножения каждого из них на соответствующий отсчет заданного временного окна. Формирование из скорректированных последовательностей квадратурных составляющих отсчетов сигналов двух комплексных последовательностей отсчетов сигналов, элементы которых определяют путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей квадратурных составляющих сигналов антенных элементов. Преобразование обеих комплексных последовательностей отсчетов сигналов с помощью дискретного преобразования Фурье, попарное перемножение отсчетов сигнала преобразованной последовательности одного антенного элемента А₁ на соответствующие комплексно-сопряженные отсчеты сигнала преобразованной последовательности на той же частоте другого антенного элемента A_h, где l,h=1,2,…,N, l≠h. Расчет для текущей пары антенных элементов разности фаз сигналов для каждого частотного поддиапазона по формуле Δφ_l,h,изм(ƒ_ν)=arctg(Q_изм(ƒ_ν)/I_изм(ƒ_ν)), запоминание полученных разностей фаз радиосигналов. Формирование и запоминание эталонного набора разностей фаз сигналов исходя из пространственного размещения антенных элементов антенной решетки, используемого частотного диапазона и заданной точности измерений. Вычитание из эталонных разностей фаз сигналов соответствующих значений измеренных разностей фаз, возведение в квадрат полученных значений невязок и их суммирование по всем парам антенных элементов и всем частотным поддиапазонам. Запоминание полученных сумм, находящихся в однозначном соответствии с направлениями прихода радиосигналов. Определение наиболее вероятного направления прихода радиосигнала в горизонтальной и угломестной плоскостях по наименьшей сумме квадратов невязок. Параллельно вышеперечисленному предварительно формируют псевдослучайную последовательность короткого кода в комплексном виде длиной R=2^M (где М- весовой коэффициент регистра сдвига) с последующим запоминанием ее и предварительно задают пороговое значение модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала .

Квадратурные составляющие, соответствующие действительной и мнимой частям комплексной огибающей принятого сигнала каждой пары антенных элементов антенной решетки измеренного сигнала после дискретного преобразования Фурье, запоминаются в регистре сдвига с разрядностью R. Для определения наличия сигнала с кодовым разделением каналов перемножают значения двух вышеперечисленных регистров сдвига со значениями предварительно сформированной псевдослучайной последовательности, суммируют полученные значения и запоминают их. Вычисляют значения модуля комплексного напряжения, поступающие от одного из сумматоров в соответствии с выражением полученные значения последовательно записывают в регистр сдвига, по заполнению которого определяется максимальное значение из всего числа, которое сравнивают с предварительно заданным пороговым значением модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала . При превышении его над пороговым значением пеленгуют источник радиоизлучения с кодовым разделением каналов, в противном случае продолжают считывать значения комплексных напряжений, полученные после преобразования Фурье, причем для источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов пеленгуют, используя суммарные значения комплексных напряжений преобразованного сигнала, а для сигналов с частотным разделением каналов - с использованием значений комплексной огибающей принятого сигнала.

Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата за счет сравнения полученного сигнала с предварительно заданным сигналом. При максимальном совпадении данных сигналов принимается решение на пеленгацию сигналов с кодовым разделением каналов.

В заявляемом пеленгаторе поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из антенной решетки, выполненной из N > 2 идентичных ненаправленных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования с согласованным с местными условиями вариантом размещения, антенного коммутатора, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приёмника. Приемник выполнен по схеме с общими гетеродинами. Аналого-цифровой преобразователь выполнен двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя. Блок преобразования Фурье выполнен двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами. Первое и второе запоминающие устройства, блок вычитания, блок формирования эталонных значений разностей фаз, блок вычисления разности фаз, группа информационных выходов блока вычисления разности фаз соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства. Группа информационных выходов первого запоминающего устройства соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания, группа входов уменьшаемого блока которого соединена с информационными выходами второго запоминающего устройства. Информационные входы второго запоминающего устройства соединены с информационными выходами блока формирования эталонных значений разностей фаз, группа информационных входов которого является первой установочной шиной пеленгатора, последовательно соединенных первого умножителя, первого сумматора, третьего запоминающего устройства, блока определения азимута и угла места, причем первая и вторая группа информационных входов первого умножителя объединены и соединены с группой информационных выходов блока вычитания, генератора синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого, второго и третьего запоминающих устройств, блока вычитания, первого умножителя, первого сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений разностей фаз и блока вычисления разности фаз. Дополнительно введены блок переключения режимов, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам блока преобразования Фурье и первому и второму входам пятого и шестого запоминающего устройства, третий и четвертый входы блока переключения режимов подключены соответственно к первому и второму выходам седьмого запоминающего устройства. Первый и второй входы седьмого запоминающего устройства подключены к выходам второго и третьего сумматоров и, кроме того, подключен к первому входу блока вычисления модуля, выход которого подключен к первому входу восьмого запоминающего устройства. Группа информационных выходов восьмого запоминающего устройства подключена к группе информационных входов блока определения максимума, выход которого подключен к первому входу блока выбора режимов и третьему входу седьмого запоминающего устройства. Выход блока выбора режимов подключен к пятому входу блока переключения режимов. Первый и второй выходы блока переключения режимов подключены соответственно к первому и второму входам блока вычисления разности фаз. Группа информационных выходов шестого запоминающего устройства подключена к первой группе информационных входов третьего умножителя, вторая группа информационных входов которого подключена ко второй группе информационных входов второго умножителя и группе информационных выходов четвертого запоминающего устройства, группа информационных входов которого является второй входной установочной шиной устройства. Группа информационных выходов третьего умножителя подключена к группе информационных входов третьего сумматора. Группа информационных выходов пятого запоминающего устройства подключена соответственно к первой группе информационных входов второго умножителя, группа информационных выходов которого подключена к группе информационных входов второго сумматора. Причем синхронизирующие входы пятого запоминающего устройства, второго умножителя, второго сумматора, седьмого запоминающего устройства, блока выбора режимов, блока определения максимума, восьмого запоминающего устройства, блока вычисления модуля, третьего сумматора, третьего умножителя, шестого запоминающего устройства, четвертого запоминающего устройства объединены и подключены к выходу генератора синхроимпульсов.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе и устройстве, его реализующем, за счет сравнения сформированной псевдослучайной последовательности, используемой в качестве пилотного сигнала с принятым сигналом, выполняется операция сравнения для принятия решения пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов с целью расширения области применения способа пеленгации радиосигналов

Заявленный способ и устройство поясняются чертежами, на которых:

на фиг.1 представлена структурная схема пеленгатора;

на фиг.2 приведен порядок разбиения заданной полосы частот ΔF на поддиапазоны Δƒ;

на фиг.3 иллюстрируется порядок формирования массива эталонных значений Δφ_l,h,эт(ƒ_ν);

на фиг.4 приведен порядок формирования массива измеренных значений Δφ_l,h,изм(ƒ_ν);

на фиг.5 приведен порядок вычисления суммы H_Θ,β(ƒ_ν) поддиапазона ν для ΔΘ₁ и различных углов места Δβ_c;

на фиг.6 приведен порядок формирования вектор-столбцов H_Θ,β(ƒ_ν) размерности C для каждого направления ΔΘ_k;

на фиг.7 показана геометрия обработки сигналов соответствующей пары АЭ;

на фиг.8 приведена схема реализации блоков 3, 4 и 19 с помощью стандартной платы: субмодуля цифрового приема ADP60PCI ν. 3.2 на процессоре Shark ADSP-21062;

на фиг.9 приведен алгоритм работы блоков субмодуля цифрового приема ADP60PCI ν. 3.2;

на фиг.10 приведена схема реализации блоков 29, 30 и 32 в виде автомата на базе высокопроизводительного микропроцессора К1810ВМ86;

на фиг.11 приведен алгоритм определения наличия источника радиоизлучения с кодовым разделением каналов автомата на базе высокопроизводительного микропроцессора К1810ВМ86;

на фиг.12 приведен алгоритм вычисления эталонных разностей фаз.

Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом. На подготовительном этапе выполняются следующие операции.

Весь заданный диапазон частот ΔF делят на поддиапазоны, размеры которых Δƒ определяются минимальной шириной пропускания приемных трактов пеленгатора. Поддиапазоны, количество которых V=ΔF/Δƒ нумеруют ν=1,2,…,V (см. фиг. 2). Рассчитывают средние частоты всех поддиапазонов по формуле ƒ_ν=Δƒ(2ν-1)/2.

На следующем этапе рассчитывают эталонные значения разности фаз для средних частот всех поддиапазонов ƒ_ν. В качестве первичных пространственно-информационных параметров используют значения разностей фаз сигналов Δφ_l,h(ƒ_ν) для всех возможных парных комбинаций антенных элементов антенной решетки.

Одним из наиболее перспективных направлений реализации измерителей пространственных параметров сигналов источников радиоизлучения (ИРИ) является использование интерферометрических пеленгаторов (см. Логинов Н.А. Актуальные вопросы радиоконтроля в Российской Федерации. - М.: Радио и связь, 2000, стр. 138-139). Интерферометры существуют двух типов: фазовые и корреляционные (см. также стр. 138) и базируются на использовании Δφ_l,h(ƒ_ν)и P_l,h(ƒ_ν) соответственно. Реализуемые с их помощью точностные характеристики пеленгаторов близки друг к другу, а некоторые отличия проявляются в различных условиях их применения. В предлагаемом способе пеленгации и пеленгаторе для получения максимальной информации о поле сигнала используется Δφ_l,h(ƒ_ν). Порядок расчета эталонных значений Δφ_l,h(ƒ_ν) следующий. Вводят топологию антенной системы (АС) пеленгатора. Данные по топологии АС включают значения взаимных расстояний между антенными элементами решетки и ее ориентацию относительно направления на север. В качестве последнего возможно использование вектора, проходящего от второго АЭ в направлении первого АЭ (при кольцевой структуре антенной решетки).

В процессе расчета эталонных значений разности фаз моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг антенной решетки пеленгатора с дискретностью ΔΘ_k и Δβ_c на удалении нескольких длин волн. При этом полагается, что фронт приходящей волны плоский. Для каждого из угловых параметров ΔΘ_k, k=1,2,…,K и Δβ_c, с=1,2,…,C вычисляют значения разностей фаз Δφ_l,h,эт(ƒ_ν) для всех возможных комбинаций пар антенных элементов решетки и всех частотных поддиапазонов V:

где

расстояния между плоскими фронтами волн в l-ом и h-ом антенных элементах, пришедшие к решетке под углами ΔΘ_k в азимутальной и Δβ_c в вертикальной плоскостях, l≠h, x_l,y_l,z_l и x_h,y_h,z_h координаты l-го и h-го антенных элементов решетки, С′ - скорость света. В случае использования антенной решетки с плоским (горизонтальным) размещением АЭ(z_l=z_h) последнее выражение принимает вид:

Сигналы в результате выполнения преобразования Фурье в соответствии с выражением получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов, принимаемых в АЭ, а следовательно, и их фазовые характеристики.

Выполнение последующих операций в предлагаемом способе пеленгации осуществляется параллельно по двум направлениям. При обнаружении сигнала в заданной полосе частот ΔF формируют массив измеренных разностей фаз Δφ_l,h,изм(ƒ_ν)=arctg(Q_изм(ƒ_ν)/I_изм(ƒ_ν)) (см. фиг. 4), структура представления информации в которых аналогична вышерассмотренной на фиг. 3. Для этого в пеленгаторе все измеренные значения Δφ_l,h,изм(ƒ_ν) для всех сочетаний пар антенных элементов A_l,h всех V частотных поддиапазонов оформляют соответствующий массив.

В первом из них аналогично способу-прототипу последовательно для всех направлений ΔΘ_k, k=1,2,…,К; KΔΘ_k=2π, и всех углов места Δβ_c, с=1,2,…,С; СΔβ_c=π/2 вычисляют разность между эталонными Δφ_l,h,эт(ƒ_ν) и измеренными Δφ_l,h,изм(ƒ_ν) разностями фаз, которые возводятся в квадрат и суммируют в соответствии с выражением

На фиг. 6 иллюстрируются порядок вычисления сумм H_Θ,β(ƒ_ν) в поддиапазоне Δƒ_ν для ΔΘ₁ различных значений угла места Δβ_c,. Для каждого направления ΔΘ_k, k=1,2,…,K, формируется вектор-столбец H_Θ,β (ƒ_ν) размерности C из соответствующих значений H_Θ,β(ƒ_ν) (см. фиг. 5).

Определение наиболее вероятного направления прихода радиосигнала в горизонтальной и угломестной плоскостях осуществляется путем поиска наименьшей суммы H_Θ,β(ƒ_ν) квадратов невязок среди H_Θ,β(ƒ_ν) для всех V частотных поддиапазонов.

По второму направлению параллельно вышеперечисленным действиям происходит определение наличия сигнала с кодовым разделением каналов, для чего предварительно формируют псевдослучайную последовательность короткого кода в комплексном виде длиной R=2^M (где М - весовой коэффициент регистра сдвига) с последующим запоминанием ее. Также предварительно задают пороговое значение модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала . Квадратурные составляющие, соответствующие действительной и мнимой частям комплексной огибающей принятого сигнала каждой пары антенных элементов антенной решетки измеренного сигнала после дискретного преобразования Фурье, запоминаются в регистрах сдвига с разрядностью R. Для определения наличия сигнала с кодовым разделением каналов перемножают значения двух вышеперечисленных регистров сдвига со значениями регистра сдвига с предварительно сформированной псевдослучайной последовательностью, суммируют полученные преобразованные сигналы как в сигнальном, так и в опорном каналах в соответствии с выражением

и запоминают их. Вычисляют значения модуля комплексного напряжения, поступающие от одного из сумматоров в соответствии с выражением

полученные значения последовательно записывают в регистр сдвига, по заполнении которого определяется максимальное значение, которое сравнивают с предварительно заданным пороговым значением модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала . При превышении его над пороговым значением пеленгуют источник радиоизлучения с кодовым разделением каналов, в противном случае продолжают считывать значения комплексных напряжений, полученные после преобразования Фурье, причем для источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов пеленгуют, используя суммарные значения комплексных напряжений преобразованного сигнала, а для сигналов с частотным разделением каналов - с использованием значений комплексной огибающей принятого сигнала.

Таким образом, в предлагаемом способе используется псевдослучайная последовательность короткого кода, для выполнения операции пеленгации источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов с целью расширения области применения способа пеленгации радиосигналов.

Пеленгатор (фиг.1) содержит антенную решетку 15, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования и согласованным с местными условиями вариантом размещения. Антенный коммутатор 16, N входов которого подключены к соответствующим TV выходам антенной решетки 15, а сигнальный и опорный выходы коммутатора 16 подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приёмника 17. Приемник 17 выполнен по схеме с общими гетеродинами. Аналого-цифровой преобразователь 18 выполнен двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника 17 соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя 18. Блок преобразования Фурье 19 выполнен двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами. Первое 4 и второе 14 запоминающие устройства, блок вычитания 5, блок формирования эталонных значений разностей фаз 13, блок вычисления разности фаз 3, группа информационных выходов блока вычисления разности фаз 3 соединены с группой информационных входов первого запоминающего устройства 4. Группа информационных выходов первого запоминающего устройства 4 соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания 5, группа входов уменьшаемого соединена с информационными выходами второго запоминающего устройства 14. Информационные входы второго запоминающего устройства 14 соединены с информационными выходами блока формирования эталонных значений разностей фаз 13, группа информационных входов которого является первой установочной шиной пеленгатора 12. Последовательно соединенные первый умножитель 6, первый сумматор 7, третье запоминающее устройство 8, блок определения азимута и угла места 9, причем первая и вторая группа информационных входов первого умножителя 6 объединены и соединены с группой информационных выходов блока вычитания 5. Генератор синхроимпульсов 1, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора 15, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя 18, блока преобразования Фурье 19, первого 4, второго 14 и третьего 8 запоминающих устройств, блока вычитания 5, первого умножителя 6, первого сумматора 7, блока определения азимута и угла места 9, блока формирования эталонных значений разностей фаз 13 и блока вычисления разности фаз 3. Блок переключения режимов 2, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам блока преобразования Фурье 19 и первому и второму входам пятого 22 и шестого 23 запоминающего устройства, третий и четвертый входы блока переключения режимов 2 подключены соответственно к первому и второму выходам седьмого запоминающего устройства 28. Первый и второй входы седьмого запоминающего устройства 28 подключены к выходам второго 26 и третьего 27 сумматоров и, кроме того, подключены к первому входу блока вычисления модуля 29, выход которого подключен к входу восьмого запоминающего устройства 30. Группа информационных выходов восьмого запоминающего устройства 30 подключена к группе информационных входов блока определения максимума 31, выход которого подключен к первому входу блока выбора режимов 32 и третьему входу седьмого запоминающего устройства 28. Выход блока выбора режимов 32 подключен к пятому входу блока переключения режимов 2. Первый и второй выходы блока переключения режимов 2 подключены соответственно к первому и второму входам блока вычисления разности фаз 3. Группа информационных выходов шестого запоминающего устройства 23 подключена к первой группе информационных входов третьего умножителя 25, вторая группа информационных входов которого подключена ко второй группе информационных входов второго умножителя 24 и группе информационных выходов четвертого запоминающего устройства 21, группа информационных входов которого является второй входной установочной шиной устройства 20. Группа информационных выходов третьего умножителя 25 подключена к группе информационных входов третьего сумматора 27. Группа информационных выходов пятого запоминающего устройства 22 подключена соответственно к первой группе информационных входов второго умножителя 24, группа информационных выходов которого подключена к группе информационных входов второго сумматора 26. Причем синхронизирующие входы пятого запоминающего устройства 22, второго умножителя 24, второго сумматора 26, седьмого запоминающего устройства 28, блока выбора режимов 32, блока определения максимума 31, восьмого запоминающего устройства 30, блока вычисления модуля 29, третьего сумматора 27, третьего умножителя 25, шестого запоминающего устройства 23, четвертого запоминающего устройства 21 объединены и подключены к выходу генератора синхроимпульсов 1.

В заявленном устройстве назначение его структурных элементов следующее.

Антенная решетка 15 предназначена для преобразования энергии приходящей электромагнитной волны, излучаемой пеленгуемым источником радиоизлучения, в энергию высокочастотных токов на выходах каждого из ее антенных элементов.

Варианты реализации антенных элементов и антенной решетки 15 широко рассмотрены в литературе (см. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997; Torrieri D.J. Principles of military communications system. Dedham/ Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298 p.).

Антенный коммутатор (AK) 16 предназначен для синхронного подключения в едином промежутке времени любых пар АЭ к опорному и сигнальному выходам. Реализация ЛК 16 известна (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.; Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.).

Двухканальный приемник 17 предназначен для преобразования антенных токов в первичные электрические сигналы, усиления фильтрации и переноса на промежуточную частоту. Может быть реализован с помощью двух полупрофессиональных приемников IC-R8500 фирмы ICOM (см. Communication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). При этом первый и второй гетеродины одного из приемников используются одновременно в качестве первого и второго гетеродинов соответственно второго приемника. Кроме того, в качестве приемника 17 могут попарно использоваться и другие приемники фирмы ICOM: IC-R7000, IC-PCR1000.

Двухканальный аналого-цифровой преобразователь 18 предназначен для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и представления последних в комплексном виде. Может быть реализован с помощью стандартной платы: субмодуля цифрового приема ADMDDC2WB на процессоре Shark ADSP-21062. Руководство пользователя (см. e-mail: insys@ arc.ru www-сервер www/insys.ru). Субмодуль ADMDDC2WB реализует функции блока 18 и содержит микросхемы DIGITAL DOWN CONVERTER (DDC) AD6620 фирмы Analog Devices для извлечения части полосы частот из широкой входной полосы сигнала на промежуточной частоте 10,7 МГц приемника 17 IC-R8500, преобразование этой полосы в полосу модулирующих частот и вывод ее в квадратуре, данная операция осуществляется путем умножения оцифрованного сигнала на квадратурное опорное колебание внутреннего генератора DDC.

Блок преобразования Фурье 19 предназначен для получения последовательностей, характеризующих спектры сигналов, а следовательно, их фазовых характеристик.

Блок вычисления разности фаз 3 предназначен для выполнения операции вычисления фаз из квадратурных составляющих с последующим вычислением разности фаз.

Первое запоминающее устройство 4 предназначено для формирования массива измеренных разностей фаз.

Блоки 19, 3 и 4 реализуются с помощью стандартной платы: субмодуля цифрового приема ADP60PCI v. 3.2 на процессоре Shark ADSP-21062. Руководство пользователя (см. e-mail: insys@arc.ru www-сервер www/insys.ru). Субмодуль цифрового приема ADMDDC2WB используется в несущих платах типа ADP6015A, ADP60PCI, ADP62PCI. Базовый модуль на базе платы ADP60PCI v. 3.2 на процессоре Shark ADSP-21062, работающий в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 9, реализует функцию дискретного преобразования Фурье (блок 19), операцию умножения на комплексно-сопряженную пару отсчетов каналов (блок 19), нахождения разности фаз сигналов Δφ_l,h,изм(ƒ_ν) (блок 3), а также запоминание измеренных значений разностей фаз (блок 4). Схема данного субмодуля приведена на фиг. 8.

Первый, второй и третий сумматоры 7, 26 и 27 соответственно и блок вычитания 5 предназначены для выполнения функции сложения (вычитания для блока 5) поступающих в них данных. Реализуются по схемам (см. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).

Второе, третье и четвертое запоминающие устройства 14, 8 и 21 соответственно предназначены для хранения информации и представляют из себя буферные запоминающие устройства (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю.Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с).

Пятое, шестое и восьмое запоминающие устройства 22, 23 и 30 соответственно предназначены для хранения многоразрядных двоичных чисел и преобразования чисел из последовательной формы представления во времени в параллельную, а также сдвига записанного числа на один или несколько разрядов. Представляют из себя регистры сдвига, построенные на КМДП технологии, и реализуются по схемам (см. Сикарев А.А., Лебедев О.Н. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. - 216 с, ил.).

Блок определения максимума 31 предназначен для поиска максимального значения суммы модуля преобразованного сигнала. Реализация известна и освещена в литературе. Блок 31 целесообразно реализовать по пирамидальной схеме с использованием быстродействующих компараторов (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.).

Блок выбора режимов работы 32 предназначен для сравнения двух значений с последующим принятием решения. Реализация известна и освещена в литературе, она может быть реализована на компараторе (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.).

Блок определения модуля 29 предназначен для вычисления модуля комплексного числа по формуле Следует отметить, что наиболее предпочтительной является реализация блоков 29-го, 31-го и 32-го в виде автомата на базе высокопроизводительного микропроцессора, например К1810ВМ86, данная схема приведена на фиг. 10 (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с). Алгоритм работы такого автомата приведен на фиг. 11. Здесь величина обозначает допустимое значение оцениваемого параметра .

Блок переключения режимов 2 предназначен для переключения двух основных входов режимов работы пеленгатора. Реализуется по схеме (см. Сикарев А.А., Лебедев О.Н. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. - 216с, ил. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.)

Первый, второй и третий умножители 6, 24 и 25 соответственно предназначены для выполнения функции произведения двух значений, поступающих на вход блока. Реализация данной схемы освещена в книге Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.

Блок формирования эталонных значений разности фаз 13 предназначен для создания таблиц эталонных значений разностей фаз Δφ_l,h,эт(ƒ_ν) для различных пар антенных элементов, l,h = 1,2,…,N; l≠h, различных поддиапазонов частот v и различных направлений прихода сигнала ΔΘ_k и Δβ_c с заданной дискретностью, k=1,2,…,К; K×ΔΘ_k=2π; с = 1,2,…,C; C×Δβ_c=π/2. На подготовительном этапе по первой установочной шине 12 задаются следующие исходные данные:

- сектор обработки по азимуту {Θ_min,Θ_max};

- сектор обзора по углу места {β_min,β_max};

- точность нахождения углового параметра ΔΘ_k;

- точность нахождения угломестного параметра Δβ_c;

- топология размещения антенных элементов {d_l,h};

- разнос антенных элементов в вертикальной плоскости {Z_l,h};

- диапазон частот ΔF, ширину Δƒ и средние частоты {ƒ_ν} поддиапазонов.

Величины {Θ_min,Θ_max} и {β_min,β_max} зависят от местоположения пеленгатора относительно зоны контроля. Точность нахождения угловых параметров ΔΘ_k и Δβ_c определяется, в конечном счете, с заданной точностью пеленгации, размещением пеленгатора относительно зоны контроля и ограничивается инструментальной точностью. Последняя в свою очередь определяется типом (размерами и геометрией) используемой АР 15, характеристиками АЭ, частотным диапазоном ΔF, условиями распространения радиоволн, видом модуляции сигнала и др. Задача блока 13 состоит в том, чтобы для данного пеленгатора, каждого частотного поддиапазона Δƒ_ν заданной топологии АР15 с дискретностью по азимуту ΔΘ_k и угла места Δβ_c рассчитать идеальные (эталонные) значения разностей фаз для всех возможных пар антенных элементов Δφ_l,h,эт(ƒ_ν).

Блок 13 может быть выполнен в виде автомата на базе высокопроизводительного 16-ти разрядного микропроцессора К1810ВМ86 (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.), работающего в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 12.

Седьмое запоминающее устройство 28 представляет из себя двухканальное буферное запоминающее устройство, реализация которого известна (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с.).

Генератор синхроимпульсов 1 предназначен для формирования тактовых импульсов для работы устройства. Реализация схемы известна и освещена в литературе (Радиоприемные устройства: учебное пособие по радиотехнике. Спец. ВУЗов / Ю.Т.Давыдов и др. М.: Высшая школа, 1989. - 342 с.; Функциональные узлы адаптивных компенсатор помех: Часть II. В.В.Никитченко. - Л.: ВАС. - 1990. - 176 с.).

Блок определения азимута и угла места 9 предназначен для поиска минимального значения суммы квадратов невязок (см. выражение 4). Реализация блока известна и освещена в литературе. Блок 9 целесообразно реализовать по пирамидальной схеме с использованием быстродействующих компараторов (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.).

Пеленгатор (фиг.1) работает следующим образом. Перед началом работы пеленгатора рассчитываются эталонные значения разности фаз Δφ_l,h(ƒ_ν) для средних частот всех поддиапазонов ƒ_ν=Δƒ(2ν -1)/2. Ширина поддиапазонов Δƒ_ν определяется минимальной шириной пропускания приемных трактов пеленгатора. Для этого предварительно осуществляется описание пространственных характеристик антенной решетки 15. С этой целью измеряются взаимные расстояния между антенными элементами A_l,h решетки 15 (см. фиг.7) при их размещении на горизонтальной плоскости. В общем случае (Z_l,h≠0) используются расстояния между проекциями пространственного размещения АЭ на горизонтальную плоскость, проходящую через первый антенный элемент. В этом случае для каждого АЭ дополнительно измеряется значение {Z_l,h} как {Z_l,h}={Z_l}-{Z_h}. Результаты измерений по шине 12 (см. фиг.1) поступают на вход блока формирования эталонных значений разности фаз 13. Здесь по алгоритму (см. фиг. 12) вычисляют значения Δφ_l,h,эт(ƒ_ν), которые в дальнейшем хранятся во втором запоминающем устройстве 14 (см. фиг. 3). Вводится склонение Θ_скл антенной решетки 15 относительно направления на север, например, как угол между векторами, проходящими через первый и второй АЭ и центр АР, и направлением на север.

В процессе работы пеленгатора с помощью блоков с 3 по 9 и с 13 по 19 (см. фиг.1) осуществляется поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF. Принимаемые АР 15 сигналы на частоте ƒ_ν поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 16. В задачу последнего входит обеспечение синхронного подключения в едином промежутке времени любых пар антенных элементов к опорному и сигнальному выходам. В результате последовательно во времени на оба сигнальных входа двухканального приемника 17 поступают сигналы со всех возможных пар АЭ решетки 15 (см. фиг.7). При этом все АЭ периодически выступают как в качестве сигнальных, так и в качестве опорных (при условии использования полнодоступного коммутатора 16). Этим достигается максимальный набор статистики о пространственных параметрах электромагнитного поля.

Сигналы, поступающие на входы приемника 17, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту, например, 10,7 МГц. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты приемника 17 сигналы поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18, где синхронно преобразуются в цифровую форму. Полученные цифровые отсчеты сигналов антенных элементов А_l и A_h в блоке 18 перемножаются на цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на π/2.

В самом общем виде принимаемый сигнал представляется в виде:

где U(t) - огибающая амплитуды сигнала; φ(t) - фаза сигнала; ω₀ - частота, относительно которой представлены огибающая амплитуды и фаза сигнала.

Более удобная форма представления сигнала базируется на квадратурных составляющих:

где и - квадратурные составляющие сигнала.

Составляющие I_изм(t) и Q_изм(t) соответствуют действительной и мнимой частям комплексной огибающей U(t) сигнала u(t).

Рассмотрим порядок получения квадратурных составляющих принимаемого сигнала в блоке 18. Умножение исходного сигнала u(t) на сигнал ν(t)=Acos(ω₀t) приводит к формированию сигнала i_изм(t) вида

Если частота 2ω₀ несколько превышает максимальную скорость изменения фазы φ(t)/2, то с помощью фильтра нижних частот можно выделить первое слагаемое в формуле (9)

Выделенный с помощью фильтра нижних частот сигнал i_изм1(t) с точностью до постоянного множителя совпадает с квадратурной составляющей I_изм(t).

Аналогичным образом в блоке 4 формируют вторую квадратурную составляющую путем умножения сигнала u(t) на сигнал v(t)=Asin(ω₀t).

В результате в блоке 18 формируются четыре последовательности отсчетов (квадратурные составляющие сигналов от двух антенных элементов A_l и A_h). Для реализации необходимой импульсной характеристики цифровых фильтров в АЦП 18 выполняют операцию перемножения отсчетов каждой квадратурной составляющей сигнала на соответствующие отсчеты временного окна.

На завершающем этапе в блоке 18 формируют две комплексные последовательности отсчетов путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей, которые поступают на входы блока преобразования Фурье 19. В результате выполнения в блоке 19 операции в соответствии с выражением

получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов, принимаемых в АЭ A_l и A_h, a следовательно, и их фазовые характеристики. Однако этого недостаточно для измерения Δφ_l,h(ƒ_ν) в парах антенных элементов A_l и A_h. Последнее предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов в соответствии с выражением

где l,h=1,2,…,N, l≠h. - номер АЭ. На его основе определяется Δφ_l,h(ƒ_ν) как

Измеренные значения разности фаз Δφ_l,h,изм(ƒ_ν) в соответствии с (15) очередным импульсом генератора 1 записываются в первое запоминающее устройство 4. Данная операция повторяется до тех пор, пока не будут записаны значения разности фаз для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных разностей фаз Δφ_l,h,изм(ƒ_ν) (см. фиг. 4).

В блоках 3, 4, 5, 6, 7 и 13, 14 оценивается степень отличия измеренных параметров Δφ_l,h,изм(ƒ_ν) (см. фиг. 4) от эталонных значений (см. фиг. 3), рассчитанных для всех направлений прихода сигнала ΔΘ_k и Δβ_с. и всех Δƒ_ν (см.выражение 4). Данная операция осуществляется в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 5, следующим образом. Эталонные значения Δφ_l,h,эт(ƒ_ν), хранящиеся в запоминающем устройстве 14, поступают на вход уменьшаемого блока вычитания 5. На вход вычитаемого блока 5 поступают измеренные значения Δφ_l,h,изм(ƒ_ν) с выхода блока 4. Операция вычитания осуществляется в строгом соответствии с порядком формирования пар АЭ. Например, Δφ_2,7,изм(ƒ_ν) поочередно вычитаются только значения Δφ_2,7,эт(ƒ_ν)для всех направлений прихода сигнала ΔΘ_k и Δβ_c.

На следующем этапе полученные разности возводятся в квадрат в блоке 6. Данная операция необходима для того, чтобы все результаты операции вычитания имели положительное значение. В противном случае могла возникнуть ситуация, когда сумма положительных и отрицательных разностей (Δφ_l,h,изм(ƒ_ν))+(-Δφ_l,h,эт(ƒ_ν))компенсировали друг друга. Для возведения в квадрат каждый результат вычислений умножается на себя в блоке 6. Полученные квадраты разностей складываются в первом сумматоре 7 и записываются в третье запоминающее устройство 8. В результате в блоке 8 формируется массив данных H_Θ,β(ƒ_ν) (см. фиг. 6), на основе которых могут быть получены искомые параметры Θ и β. Эта операция осуществляется блоком 9 путем поиска минимальной суммы H_Θ,β(ƒ_ν) в массиве данных H_Θ,β(ƒ_ν) (см. фиг. 6).

В блоках с 21-го по 32-й, а также 2-ом происходит процесс обнаружения источника радиоизлучения с кодовым разделением каналов, а при его наличии измерение значений пространственных параметров Θ_j и β_i. Данная операция осуществляется параллельно с измерением блоками 3-9 и 13-19 параметров Θ_j и β_i для обеспечения более высокой скорости выполнения измерений.

В блоках 22 и 23 сформируются массивы измеренных квадратурных составляющих, соответствующих действительной и мнимой

частям комплексной огибающей принятого сигнала I_изм(ƒ_ν) и Q_изм(ƒ_ν) каждой пары антенных элементов антенной решетки измеренного сигнала. В блоке 21 записана псевдослучайная последовательность короткого кода в комплексном виде длиной R=2^М (где М - весовой коэффициент регистра сдвига).

В блоках 24 и 25 осуществляется перемножение массивов измеренного сигнала и значений псевдослучайной последовательности в соответствии с выражением

для сигнального канала и в соответствии с выражением

для опорного.

В блоках 26 и 27 осуществляется суммирование преобразованных сигналов в соответствии с выражением

для сигнального канала и в соответствии с выражением

для опорного. Полученные просуммированные значения записываются в седьмое запоминающее устройство (блок 28).

В блоке 29 осуществляется вычисление значений модуля комплексного напряжения поступающих от одного из сумматоров в соответствии с выражением

Полученные значения последовательно записывают в регистр сдвига (блок 30), по заполнении которого определяется максимальное значение модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала в блоке определения максимума (блок 31). В блоке выбора режимов (блок 32) полученное максимальное значение сравнивают с предварительно заданным пороговым значением модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала .

При превышении над пороговым значением подается команда на блок переключения режимов на считывание , и ,

соответствующих максимальному значению модуля преобразованного сигнала для пеленгации источника радиоизлучения с кодовым разделением каналов. В противном случае продолжают считывать значения комплексных напряжений, полученные после преобразования Фурье (блок 19) с использованием значений комплексной огибающей принятого сигнала.

В заявленных технических решениях за счет возможности идентификации радиосигналов и последующего изменения порядка пеленгации их в соответствии с выявленным видом обеспечивается возможность пеленгования как с частотным и временным разделением каналов, так и пеленгации радиосигналов с кодовым разделением каналов, т.е. обеспечивается реализация сформулированных технических результатов - расширение области применения способов пеленгования.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах. Достигаемым техническим результатом является обеспечение измерения пространственных параметров радиосигналов: азимута и угла места источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов. Способ включает прием радиосигналов антенной решеткой из N идентичных ненаправленных антенных элементов (АЭ), N>2, преобразование принятых радиосигналов в высокочастотные электрические сигналы на промежуточной частоте и далее - в цифровую форму, получение разности фаз радиосигналов для каждой пары АЭ и каждого частотного поддиапазона путем преобразования Фурье, формирование и запоминание псевдослучайной последовательности и эталонных значений разностей фаз сигналов, определение наличия сигнала с кодовым разделением каналов, вычисление значений функции дисперсии невязок разностей фаз, определение предварительного наиболее вероятного направления прихода радиосигнала по наименьшей сумме квадратов невязок. В пеленгаторе, реализующем способ, дополнительно введены блок переключения режимов, вторая установочная шина, четвертое, пятое, шестое, седьмое и восьмое запоминающие устройства, второй и третий умножители, второй и третий сумматоры, блок вычисления модуля, блок определения максимума, блок выбора режимов. 2 н.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ пеленгации радиосигналов источников радиоизлучения, заключающийся в том, что предварительно формируют и запоминают эталонный набор разностей фаз сигналов исходя из пространственного размещения антенных элементов антенной решетки, формируют цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты и сдвинутых относительно друг друга на угол π/2, после чего принимают радиосигналы от источника радиоизлучения антенной решеткой, состоящей из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, преобразуют синхронно высокочастотные радиосигналы каждой пары антенных элементов антенной решетки в электрические сигналы промежуточной частоты, которые затем дискретизируют, квантуют и выделяют действительную и мнимую части комплексной огибающей принятого сигнала каждой пары антенных элементов антенной решетки, для чего преобразуют этот сигнал с промежуточной на нулевую частоту путем перемножения дискретных и квантованных сигналов на сформированные цифровые отсчеты сдвинутых по фазе на π/2 двух гармонических сигналов одной и той же частоты, выделяют частотные каналы, согласованные по полосе частот с пеленгуемыми источником радиоизлучения, путем преобразования Фурье квадратурных составляющих соответствующих действительной и мнимой частям комплексной огибающей принятого сигнала каждой пары антенных элементов антенной решетки и пеленгуют источник радиоизлучения, для чего вычисляют разности фаз принятых сигналов каждой пары антенных элементов антенной решетки, запоминают их, вычисляют дисперсию невязок, для чего вычитают из ранее сформированных эталонных значений разностей фаз сигналов соответствующие измеренные значения разностей фаз сигнала, для каждого частотного поддиапазона, последовательно для каждой пары антенных элементов, возводят в квадрат полученные значения невязок, суммируют их по всем парам антенных элементов для каждого частотного поддиапазона, запоминают эти суммы, а пеленг вычисляют по наименьшей сумме квадратов невязок разностей фаз, отличающийся тем, что предварительно также формируют псевдослучайную последовательность короткого кода в комплексном виде, длинной 2^М (где М - весовой коэффициент регистра сдвига) и задают пороговое значение модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала, а после выделения частотных каналов согласованных по полосе частот с пеленгуемыми источниками радиоизлучения запоминают квадратурные составляющие, соответствующие действительной и мнимой частям комплексной огибающей принятого сигнала каждой пары антенных элементов антенной решетки, после чего определяют наличие сигнала с кодовым разделением каналов, для чего вычисляют значения комплексных напряжений преобразованного сигнала путем перемножения значений предварительно сформированной псевдослучайной последовательности короткого кода на значения комплексной огибающей принятого сигнала, суммируют и запоминают их, вычисляют значения модуля комплексного напряжения преобразованных сигналов, запоминают их и выделяют из их числа максимальное значение, которое сравнивают с предварительно заданным пороговым значением модуля комплексного напряжения преобразованного сигнала и при превышении его над пороговым значением пеленгуют источник радиоизлучения с кодовым разделением каналов, в противном случае продолжают считывать значения комплексных напряжений полученные после преобразования Фурье, причем для источников радиоизлучения с кодовым разделением каналов пеленгуют, используя суммарные значения комплексных напряжений преобразованного сигнала, а для сигналов с частотным разделением каналов - с использованием значений комплексной огибающей принятого сигнала.

2. Устройство для пеленгации источников радиоизлучений, содержащее каскадно-соединенные по информационному и опорному сигналам антенный коммутатор, радиоприемное устройство, аналого-цифровой преобразователь, и блок преобразования Фурье, N-элементную антенную решетку N-выходов которой подключены к соответствующим N входам антенного коммутатора, каскадно-соединенные по информационной шине блок вычисления разности фаз, первое запоминающее устройство, блок вычитания, первый умножитель, первый сумматор, третье запоминающее устройство и блок определения азимута и угла места, генератор синхроимпульсов, выход которого подключен к синхронизирующим входам антенного коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, блока вычисления разности фаз, первого запоминающего устройства, блока вычитания, первого умножителя, первого сумматора, третьего запоминающего устройства и блока определения азимута и угла места, второго запоминающего устройства и блока формирования эталонных значений разностей фаз, первый вход которого является первой входной установочной шиной, а выход подключен к первому входу второго запоминающего устройства, выход которого подключен к установочному входу блока вычитания, выход которого подключен ко второму входу первого умножителя, а азимутальный и угломестный выходы блока определения азимута и угла места являются азимутальной и угломестной выходными шинами устройства, отличающийся тем, что дополнительно введены блок переключения режимов, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам блока преобразования Фурье и первому и второму входу пятого и шестого запоминающего устройства, третий и четвертый входы блока переключения режимов подключены соответственно к первому и второму выходам седьмого запоминающего устройства, первый и второй вход которого подключены к выходам второго и третьего сумматоров и, кроме того, подключен к первому входу блока вычисления модуля, выход которого подключен к первому входу восьмого запоминающего устройства, выход которого подключен к входу блока определения максимума, выход которого подключен к первому входу блока выбора режимов и третьему входу седьмого запоминающего устройства, выход блока выбора режимов подключен к пятому входу блока переключения режимов, а первый и второй выходы блока переключения режимов подключены соответственно к первому и второму входам блока вычисления разности фаз, выход шестого запоминающего устройства подключен к первому входу третьего умножителя, второй вход которого подключен ко второму входу второго умножителя и выходу четвертого запоминающего устройства, вход которого является второй входной установочной шиной устройства, выход третьего умножителя подключен к входу третьего сумматора, первый выход пятого запоминающего устройства подключен соответственно к первому входу второго умножителя, выход которого подключен к входу второго сумматора, причем синхронизирующие входы пятого запоминающего устройства, второго умножителя, второго сумматора, седьмого запоминающего устройства, блока выбора режимов, блока определения максимума, восьмого запоминающего устройства, блока вычисления модуля, третьего сумматора, третьего умножителя, шестого запоминающего устройства, четвертого запоминающего устройства объединены и подключены к выходу генератора синхроимпульсов.