ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК G01S3/46 

Предлагаемый способ относится к области радиоэлектроники и может быть использован для определения угловых координат источников излучения сигналов.

Известны фазовые способы пеленгации (патенты РФ №2003131, 2006872, 2010258, 2012010, 2134429, 2155352, 2175770, 2290658, 2311656; 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, рис.2. 3. 9 и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является фазовый способ пеленгации (Космические радиотехнические комплексы. Под ред. С.И.Бычкова. М.: Сов. радио, 1967, с.130-138, рис.2. 3. 9), который и выбран в качестве базового объекта.

При фазовом способе пеленгации разность фаз Δφ сигналов, принимаемых двумя разнесенными в пространстве антеннами, определяется выражением

Δφ=2π*d/λ*Sinβ,

где d - расстояние между разнесенными в пространстве антеннами (измерительная база);

λ - длина волны;

β - угол прихода радиоволн относительно нормам к измерительной базе.

Однако известному фазовому способу пеленгации свойственно противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угла β. Действительно, согласно вышеуказанной формуле фазовый способ пеленгации тем чувствительнее к изменению угла β, чем больше относительный размер измерительной базы d/λ. Но с ростом d/λ уменьшается значение угловой координаты β, при котором разность фаз Δφ превосходит значение 2π, т.е. наступает неоднозначность отсчета угловой координаты β.

Исключить неоднозначность отсчета угловой координаты β можно двумя классическими методами: применением приемных антенн с острой диаграммой направленности и использованием нескольких измерительных баз (многошкальность).

Системы пеленгации с остронаправленными антеннами обладают 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 угла β. При выборе величины измерительной 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=2d/λ.

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

d<λ/2.

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

С другой стороны, для повышения точности измерения угловой координаты β необходимо увеличить измерительную базу d, что также в ряде случаев физически сделать невозможно.

Технической задачей изобретения является устранение противоречия между требованиями к точности измерения и однозначности отсчета угла β путем формирования грубой и точной измерительных баз косвенным методом.

Поставленная задача решается тем, что фазовый способ пеленгации, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на приеме сигналов на две антенны, разнесенные в пространстве на расстояние d, усилении и ограничении их по амплитуде, сравнении сигналов, прошедших два канала, по фазе, выделении низкочастотного напряжения, пропорционального разности фаз Δφ между сигналами, принимаемыми двумя антеннами, при этом сигнал одного из каналов предварительно сдвигают по фазе на 90°, отличается от ближайшего аналога тем, что низкочастотное напряжение сдвигают по фазе на 90°, перемножают его с исходным низкочастотным напряжением с использованием масштабирующего коэффициента, равного двум, и формируют точную, но неоднозначную шкалу отсчета угла β, соответствующую большей измерительной базе 2d, одновременно исходное низкочастотное напряжение суммируют с постоянным напряжением делят полученную сумму на низкочастотное напряжение, сдвинутое по фазе на 90°, и формируют грубую, но однозначную шкалу отсчета угла β, соответствующую малой измерительной базе d/2, причем между указанными измерительными базами устанавливают следующее неравенство

d/2λ<1/2≤2d/λ,

где λ - длина волны.

Структурная схема фазового пеленгатора, реализующего предлагаемый фазовый способ пеленгации, представлена на фиг.1. Взаимное расположение приемных антенн показано на фиг.2.

Фазовый пеленгатор содержит последовательно включенные первую приемную антенну 1, первый приемник 3, первый фазовращатель 5 на 90°, фазовый детектор 6, второй вход которого через второй приемник 4 соединен с выходом второй приемной антенны 2, второй фазовращатель 7 на 90°, масштабирующей перемножитель 9, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 6, и блок 11 регистрации. К выходу фазового детектора 6 последовательно подключены арифметический блок 8 и блок 10 деления, второй вход которого соединен с выходом второго фазовращателя 7 на 90°, а выход подключен к второму входу блока 11 регистрации.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Принимаемые сигналы

U₁(t)= υ₁*Cos(ω_ct+φ₁),

U₂(t)=υ₂*Cos(ω_ct+φ₂), 0≤t≤T_c,

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

с выходов приемных антенн 1 и 2 поступают на входы приемников 3 и 4. Для упрощения в качестве сигналов источника излучения рассматриваются простые гармонические сигналы без модуляции, что не влияет на полученные результаты.

На выходах приемников 3 и 4 образуются следующие напряжения:

U₃(t)=υ₀*Cos(ω_ct+φ₁),

U₄(t)=υ₀*Cos(ω_ct+φ₂), 0≤t≤T_c.

где υ₀ - порог ограничения, которые непосредственно и через первый фазовращатель 5 на 90° поступают на два входа фазового детектора 6. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение

U_H1(t)=υ_H*CosΔφ,

где υ_H=1/2*υ₀ ²;

Δφ=φ-φ₂=2π*d/λ*Cosβ,

которое поступает на входы второго фазовращателя 7 на 90° и арифметического блока 8.

На выходе второго фазовращателя 7 на 90° образуется следующее низкочастотное напряжение

U_H2(t)=υ_H*SinΔφ,

которое поступает на первый вход масштабирующего перемножителя 9, на второй вход которого подается исходное низкочастотное напряжение U_H1(t). Масштабирующий коэффициент Км перемножителя 9 выбирается равным 2(Км=2). На выходе масштабирующего перемножителя 9 формируется следующее напряжение

U_H3(t)=υ_H3*Sin2Δφ,

где υ_H3=2*υ_H ²;

Sin2Δφ=2SinΔφ*CosΔφ;

которое фиксируется блоком 11 регистрации.

Так формируется точная, но неоднозначная шкала отсчета угловой координаты β, соответствующая измерительной базе 2d.

На выходе арифметического блока 8 образуется низкочастотное напряжение

U_H4(t)=υ_H*(1+CosΔφ),

которое поступает на первый вход блока 10 деления, на второй вход которого подается низкочастотное напряжение U_H2(t) с выхода второго фазовращателя 7 на 90°. На выходе блока 10 деления образуется напряжение

U_H5(t)=υ_H*ctgΔφ/2,

где ctgΔφ/2=1+CosΔφ/SinΔφ,

которое фиксируется блоком 11 регистрации.

Так формируется грубая, но однозначная шкала отсчета угловой координаты β, соответствующая малой измерительной базе d/2.

Таким образом, предлагаемый фазовый способ пеленгации по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает устранение противоречия между требованиями к точности измерения и однозначности отсчета угла β. Это достигается формированием точной, но неоднозначной шкалы отсчета угла β, соответствующей большой измерительной базе 2d, и грубой, но однозначной шкалы отсчета угла β, соответствующей малой измерительной базе d/2 косвенным методом с использованием формул двойного и половинного углов

Sin2Δφ=2SinΔφ*CosΔφ,

ctgΔφ/2=1+CosΔφ/SinΔφ.

Причем между сформированными измерительными базами устанавливают следующее неравенство:

d/2λ<1/2≤2d/λ,

а приемные антенны, разнесенные в пространстве на фиксированное расстояние d, не изменяют своего взаимного положения.

Предлагаемый способ относится к области радиоэлектроники и может быть использован для определения угловых координат источников излучения сигналов. Достигаемым техническим результатом изобретения является устранение противоречия между требованиями к точности измерения и однозначности отсчета угла β (где β - угол прихода радиоволн относительно нормали к измерительной базе) путем формирования грубой и точной измерительных баз косвенным методом. Фазовый пеленгатор, реализующий предлагаемый фазовый способ пеленгации, содержит две приемные антенны, два приемника, два фазовращателя на 90°, фазовый детектор, арифметический блок, масштабирующий перемножитель, блок деления и блок регистрации, определенным образом соединенные между собой. 2 ил.

Фазовый способ пеленгации, основанный на приеме сигналов на две антенны, разнесенные в пространстве на расстояние d, усилении и ограничении их по амплитуде, сравнении сигналов, прошедших два канала, по фазе, выделении низкочастотного напряжения, пропорционального разности фаз Δφ между сигналами, принимаемыми двумя антеннами, при этом сигнал одного из каналов предварительно сдвигают по фазе на 90°, отличающийся тем, что низкочастотное напряжение сдвигают по фазе на 90°, перемножают его с исходным низкочастотным напряжением с использованием масштабирующего коэффициента, равного двум, и формируют точную, но неоднозначную шкалу отсчета угла β, где β - угол прихода радиоволн относительно нормали к измерительной базе, соответствующую большей измерительной базе 2d, одновременно исходное низкочастотное напряжение суммируют с постоянным напряжением, делят полученную сумму на низкочастотное напряжение, сдвинутое по фазе на 90°, и формируют грубую, но однозначную шкалу отсчета угла β, соответствующую малой измерительной базе d/2, причем между указанными измерительными базами устанавливают следующее неравенство d/2λ<1/2≤2d/λ, где λ - длина волны.