СТАНЦИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2012 года по МПК H04K3/00 

Предлагаемая станция относится к области радиоэлектроники и позволяет осуществлять радиотехнический контроль радиоэлектронных средств (РЭС) (РЛС, радиолинии связи и управления и др.).

Известны станции и системы радиотехнического контроля РЭС (патенты РФ №№2.150.178, 2.275.746; патенты США №№3.806.926, 3.891.989, 3.896.439; патент Германии №3.346.155; патент Великобритании №1.587.357; патент Франции №2.447.041; Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968, с.382, рис.10.2 и др.).

Из известных станций и систем наиболее близкой к предлагаемой является «Станция радиотехнического контроля» (патент РФ №2.275.746, Н04К 3/00, 2004), которая и выбрана в качестве базовой.

Известная станция обеспечивает расширение области контроля по площади и количеству контролируемых радиоэлектронных средств за счет ее размещения на борту вертолета. При этом обнаружитель, входящий в состав приемника, играет важную роль, так как задача обнаружения сложного сигнала с неизвестной частотой является весьма актуальной в станции радиотехнического контроля, размещенной на борту вертолета, где значительная неопределенность частоты обусловлена большой величиной доплеровского смещения частоты.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности обнаружения сложных сигналов с неизвестной несущей частотой, заданной областью допустимых значений, и случайной начальной фазой путем квадратурной обработки сигналов.

Поставленная задача решается тем, что станция радиотехнического контроля, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные антенное устройство, приемник, анализатор параметров принимаемого сигнала, устройство запоминания и обработки полученной информации, второй вход которого через пеленгаторное устройство соединен с выходом антенного устройства, и телеметрическое устройство, выход которого является выходом станции, при этом приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока перестройки, усилителя первой промежуточной частоты, обнаружителя, второй вход которого через первую линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилителя второй промежуточной частоты, выход которого является выходом приемника, управляющий вход блока перестройки соединен с выходом обнаружителя, пеленгаторное устройство выполнено в виде двух пеленгаторных каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, третий узкополосный фильтр и первый фазометр, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены вторая линия задержки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и второй фазометр, вторые входы фазометров соединены с выходом опорного генератора, а выходы подключены к устройству запоминания и обработки полученной информации, антенное устройство содержит три приемные антенны, приемная антенна приемника размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны пеленгаторного устройства размещены на концах лопастей несущего винта вертолета, двигатель кинематически связан с винтом вертолета и опорным генератором, отличается от ближайшего аналога тем, что обнаружитель выполнен в виде последовательно подключенных к выходу усилителя первой промежуточной частоты третьей линии задержки, четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты, первого фильтра нижних частот, первого квадратора, сумматора и порогового блока, второй вход которого через первую линию задержки соединен с его выходом, а выход подключен к управляющему входу блока перестройки и к первому входу ключа, последовательно подключенных к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого фазовращателя на 90°, пятого перемножителя, второй вход которого через второй фазовращатель на 90° соединен с выходом третьей линии задержки, второго фильтра нижних частот и второго квадратора, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Структурная схема предлагаемой станции радиотехнического контроля представлена на фиг.1, геометрическая схема расположения приемных антенн на вертолете изображена на фиг.2.

Приемник 2 содержит последовательно включенные приемную антенну 7, первый смеситель 12, второй вход которого через первый гетеродин 11 соединен с выходом блока 10 перестройки, усилитель 17 первой промежуточной частоты, обнаружитель 20, второй вход которого через первую линию задержки 21 соединен с его выходом, ключ 22, второй вход которого соединен с выходом усилителя 17 первой промежуточной частоты, второй смеситель 24, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 23, и усилитель 25 второй промежуточной частоты, выход которого является выходом приемника 2 и подключен к входу анализатора 4 параметров принимаемого сигнала.

При этом обнаружитель 20 выполнен в виде последовательно подключенных к выходу усилителя 17 первой промежуточной частоты третьей линии задержки 37, четвертого перемножителя 38, второй вход которого соединен с выходом усилителя 17 первой промежуточной частоты, первого фильтра 41 нижних частот, первого квадратора 43, сумматора 45 и порогового блока 46, второй вход которого соединен через первую линию задержки 21 с его выходом, а выход подключен к управляющему входу блока 10 перестройки и к входу ключа 22, последовательно подключенных к выходу усилителя 17 первой промежуточной частоты первого фазовращателя 36 на 90°, пятого перемножителя 40, второй вход которого через второй фазовращатель 39 на 90° соединен с выходом третьей линии задержки 37, второго фильтра 42 нижних частот и второго квадратора 44, выход которого соединен с вторым входом сумматора 45.

Пеленгаторное устройство 3 содержит два пеленгаторных канала, каждый из которых содержит последовательно включенные приемную антенну 8 (9), смеситель 13 (14), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 11, усилитель 18 (19) первой промежуточной частоты, перемножитель 26 (27), второй вход которого соединен с выходом усилителя 25 второй промежуточной частоты, и узкополосный фильтр 28 (29). При этом к выходу первого узкополосного фильтра 28 последовательно подключены третий перемножитель 30, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 29, третий узкополосный фильтр 32 и первый фазометр 34, к выходу второго узкополосного фильтра 29 последовательно подключены вторая линия задержки 31, фазовый детектор 33, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 29, и второй фазометр 35. Вторые входы фазометров 34 и 35 соединены с выходом опорного генератора 16, а выходы подключены к устройству 5 запоминания и обработки полученной информации. Антенное устройство 1 содержит три приемные антенны 7-9, приемная антенна 7 приемника 2 размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны 8 и 9 пеленгаторного устройства 3 размещены на концах лопастей несущего винта вертолета (фиг.2). Двигатель 15 кинетически связан с винтом вертолета и опорным генератором 16.

Станция радиотехнического контроля работает следующим образом.

Станция размещается на борту вертолета. Наличие вращающего винта вертолета используется для определения направления на излучающую РЭС с помощью антенного устройства 1, приемные антенны 8 и 9 которого размещены на концах лопастей несущего винта (фиг.2).

Принимаемые антеннами 7-9 сигналы, например с фазовой манипуляцией (ФМн)

,

,

, 0≤t≤T_c,

где U₁, U₂, U₃ - амплитуды сигнала РЭС,

ω_c - несущая частота сигнала РЭС;

φ_c - начальная фаза сигнала РЭС;

T_c - длительность сигнала РЭС;

±Δω - нестабильность несущей частоты сигнала, обусловленная различными дестабилизирующими факторами;

φ_k(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом;

R - радиус окружности, на которой размещены приемные антенны 8 и 9;

Ω=2πR - скорость вращения приемных антенн 8 и 9 вокруг приемной антенны 7 (скорость вращения винта вертолета);

α - пеленг (азимут) на излучающую РЭС,

поступают на первые входы смесителей 12-14, на вторые входы которых подается напряжение первого гетеродина 11 линейно-измеряющейся частоты

0≤t≤T_П,

где - скорость изменения частоты гетеродина.

Следует отметить, что поиск ФМн-сигналов РЭС в заданном диапазоне частот Дf осуществляется с помощью блока 10 перестройки, который периодически с периодом T_П по пилообразному закону изменяет частоту ω_Г1 гетеродина 11. В качестве блока 10 перестройки может использоваться генератор пилообразного напряжения.

На выходе смесителей 12-14 образуются напряжения комбинированных частот.

Усилителями 17-19 выделяются напряжения первой промежуточной частоты:

, 0≤t≤T_c

где ;

;

;

K₁ - коэффициент передачи смесителей;

ω_пр1=ω_с-ω_Г1 - первая промежуточная частота;

φ_пр1=φ_с-φ_Г1.

Напряжение u_пр1(t) можно представить в следующем виде:

где M(t) - модулирующий код, в соответствии с которым манипулируется фаза гармонического колебания;

это напряжение поступает на вход обнаружителя 20, а именно на входы линии задержки 37, перемножителя 38 и фазовращателя 36 на 90°. На выходе последнего образуется напряжение

которое поступает на первый вход перемножителя 40.

На выходе линии задержки 37 образуется напряжение

,

где τ₁ - время задержки линии задержки 37.

Время задержки τ₁ линии задержки 37 выбирается из следующих соображений: τ₁≤τ_э, (ω_пр1±Δω)τ₁=2πK, K=1, 2, 3, …, где τ_э - длительность элементарных посылок (тактовый период).

Задержанное напряжение u_пр9(t) поступает на вход второго фазовращателя 39 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

.

Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 40. Результатом перемножения напряжений u_пр1(t) и u_пр9(t), u_пр8(t) и u_пр10(t) являются сложные колебания, из которых фильтрами 41 и 42 нижних частот выделяются следующие низкочастотные напряжения:

,

,

где

K₂ - коэффициент перемножителей.

Эти напряжения после квадратов 43 и 44 соответственно приобретают следующий вид:

и поступают на два входа сумматора 45, на выходе которого образуется суммарное напряжение:

, 0≤t≤τ_c,

которое поступает на вход порогового блока 46, где осуществляется его сравнение с пороговым напряжением u_пор и в случае его превышения принимается решение об обнаружении сигнала.

При обнаружении сигнала РЭС на выходе обнаружителя 20 появляется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 10 перестройки, выключая его, на управляющий вход ключа 22, открывая его, и на вход линии задержки 21. Ключ 22 в исходном состоянии всегда закрыт. Время задержки τ₃ линии задержки выбирается таким, чтобы можно было зафиксировать обнаруженный ФМн-сигнал и проанализировать его параметры.

При выключении блока 10 перестройки усилителями 17-19 выделяются следующие напряжения:

,

,

0≤t≤T_c

Напряжение u_пр4(t) с выхода усилителя 17 первой промежуточной частоты через открытый ключ 22 поступает на первый вход смесителя 24, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 23 со стабильной частотой ω_Г2

.

На выходе смесителя 24 образуется напряжение комбинационных частот. Усилитель 25 выделяет напряжение второй промежуточной частоты

, 0≤t≤T_c,

где ;

ω_пр2=ω_пр1-ω_Г2 - вторая промежуточная частота;

φ_пр2=φ_пр1-φ_Г2,

которое поступает на вход анализатора 4 параметров принимаемого сигнала, где определяются длительность τ₃ элементарных посылок, из которых составлен ФМн-сигнал, их количество N(Т_с=N·τ₃) и закон фазовой манипуляции.

Напряжение u_пр7(t) с выхода усилителя 25 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 26 и 27 пеленгаторных каналов, на первые входы которых поступают напряжения u_пр5(t) и u_пр6(t) с выходов усилителей 18 и 19 первой промежуточной частоты соответственно. На выходах перемножителей 26 и 27 образуются фазомодулированные (ФМ) напряжения на стабильной частоте ω_Г2 второго гетеродина:

, 0≤t≤T_c,

где ;

;

K₂ - коэффициент передачи перемножителей,

которые выделяются узкополосными фильтрами 28 и 29 частотой настройки ω_H=ω_Г2.

Знаки «+» и «-» перед величиной соответствуют диаметрально противоположным расположениям антенн 8 и 9 на концах лопастей несущего винта вертолета.

Следовательно, полезная информация о пеленге α переносится на стабильную частоту ω_Г2 второго гетеродина 23. Поэтому нестабильность ±Δω несущей частоты, вызванная различными дестабилизирующими факторами, и вид модуляции (манипуляции) принимаемого сигнала РЭС не влияют на результат пеленгации, тем самым повышается точность определения местоположения РЭС.

Причем величина, входящая в состав указанных колебаний и называемая индексом фазовой модуляции, характеризует максимальное значение отклонения фазы сигналов, принимаемого неподвижной антенной 7.

Пеленгаторное устройство 3 тем чувствительнее к изменению угла α, чем больше относительный размер измерительной фазы . Однако с ростом уменьшается значение угловой координаты α, при котором разность фаз превосходит значение 2π, т.е. наступает неоднозначность отсчета угла α.

Следовательно, при наступает неоднозначность отсчета угла α. Устранение указанной неоднозначности путем уменьшения соотношения обычно себя не оправдывает, так как при этом теряется основное достоинство широкобазовой системы. Кроме того, в диапазоне метровых и особенно дециметровых волн брать малые значения часто не удается из-за конструктивных соображений.

Для повышения точности пеленгации РЭС в горизонтальной (вертикальной) плоскости приемные антенны 8 и 9 размещаются на концах лопастей несущего винта вертолета. Смешение сигналов от двух диаметрально противоположных приемных антенн 8 и 9, находящихся на одинаковом расстоянии R от оси вращения несущего винта, вызывает фазовую модуляцию, получаемую с помощью одной приемной антенны, вращающейся по кругу, радиус R которого в два раза больше (R₁=2R).

Действительно, на выходе перемножителя 30 образуется гармоническое напряжение

, 0≤t≤T_c,

где

с индексом фазовой модуляции

R₁=2R,

которое выделяется узкополосным фильтром 32 и поступает на первый вход фазометра 34, на второй вход которого подается напряжение опорного генератора 16

u₀(t)=U₀·cosΩt.

Фазометр 34 обеспечивает точное, но неоднозначное измерение угловой координаты α. Для устранения возникающей при этом неоднозначности отсчета угла α необходимо уменьшить индекс фазовой модуляции без уменьшения отношения . Это достигается использованием автокоррелятора, состоящего из линии задержки 31 и фазового детектора 33, что эквивалентно уменьшению индекса фазовой модуляции до величины

,

где d₁<R.

На выходе автокоррелятора образуется напряжение

, 0≤t≤T_c,

с индексом фазовой модуляции Δφ_m2, которое поступает на первый вход фазометра 35, на второй вход поступает напряжение u₀(t) опорного генератора 16. Фазометр 35 обеспечивает грубое, но однозначное измерение угла α.

Минимальное расстояние R₀ от РЭС до винта вертолета определяется из выражения

,

где F_q(t) - доплеровский сдвиг частоты;

V=Ω·R;

λ - длина волны.

Доплеровский сдвиг частоты измеряется в анализаторе 4 параметров принимаемого сигнала, в котором также определяется R₀. Последние фиксируются в устройстве 5 запоминания и обработки полученной информации.

Местоположение РЭС определяется в устройстве 5 по измеренным значениям α и R₀.

Телеметрическое устройство 6 предназначено для передачи полученной информации на пункт контроля.

По истечении времени τ₃ постоянное напряжение с выхода линии задержки 21 поступает на управляющий вход обнаружителя 20 (порогового блока 46) и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом ключ 22 закрывается, а блок 10 перестройки включается, т.е. они переводятся в свои исходные положения.

При обнаружении сигнала следующей РЭС работа станции радиотехнического контроля происходит аналогичным образом.

Предлагаемая станция радиотехнического контроля обеспечивает расширение области разведки по площади и количеству контролируемых радиоэлектронных средств. Это достигается размещением станции радиотехнического контроля на борту вертолета, маршрут полета которого прокладывается в приграничных районах расположения РЭС.

Предлагаемая станция радиотехнического контроля обеспечивает точное и однозначное определение местоположения РЭС. При этом пеленгаторное устройство инвариантно к виду модуляции (манипуляции) и нестабильности несущей частоты принимаемых сигналов.

Таким образом, предлагаемая станция радиотехнического контроля по сравнению с базовой обеспечивает повышение достоверности обнаружения сложных сигналов с неизвестной несущей частоты, заданной областью допустимых значений, и случайной начальной фазой. Это достигается квадратурной обработкой сигналов, которая устраняет априорную неопределенность о значении несущей частоты и других параметров принимаемого сигнала.

Предлагаемая станция относится к области радиоэлектроники и позволяет осуществлять радиотехнический контроль радиоэлектронных средств. Достигаемый технический результат изобретения - повышение достоверности обнаружения сложных сигналов с неизвестной несущей частотой, заданной областью допустимых значений, и случайной начальной фазой путем квадратурной обработки сигналов. Станция радиотехнического контроля содержит антенное устройство, приемник, пеленгаторное устройство, анализатор параметров принимаемого сигнала, устройство запоминания и обработки полученной информации и телеметрическое устройство, три приемные антенны, блок перестройки, два гетеродина, четыре смесителя, три усилителя первой промежуточной частоты, обнаружитель, три линии задержки, ключ, усилитель второй промежуточной частоты, пять перемножителей, три узкополосных фильтра, фазовый детектор, два фазометра, два фазовращателя на 90°, два фильтра нижних частот, два квадратора, сумматор и пороговый блок, определенным образом соединенные между собой. 2 ил.

Станция радиотехнического контроля, содержащая антенное устройство, пеленгаторное устройство, последовательно соединенные приемник, анализатор параметров принимаемого сигнала, устройство запоминания и обработки полученной информации и телеметрическое устройство, выход которого является выходом станции, при этом приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока перестройки, усилителя первой промежуточной частоты, обнаружителя, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилителя второй промежуточной частоты, выход которого является выходом приемника, пеленгаторное устройство выполнено в виде двух пеленгаторных каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, при этом к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, третий узкополосный фильтр и первый фазометр, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены вторая линия задержки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и второй фазометр, вторые входы первого и второго фазометров соединены с выходом опорного генератора, а выходы подключены к устройству запоминания и обработки полученной информации, антенное устройство содержит три приемные антенны, приемная антенна приемника размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны пеленгаторного устройства размещены на концах лопасти несущего винта вертолета, двигатель кинематически связан с винтом вертолета и опорным генератором, отличающаяся тем, что обнаружитель выполнен в виде последовательно подключенных к выходу усилителя первой промежуточной частоты третьей линии задержки, четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты, первого фильтра нижних частот, первого квадратора, сумматора и порогового блока, второй вход которого через первую линию задержки соединен с его выходом, а выход подключен к управляющему входу блока перестройки и к первому входу ключа, последовательно подключенных к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого фазовращателя на 90°, пятого перемножителя, второй вход которого через второй фазовращатель на 90° соединен с выходом третьей линии задержки, второго фильтра нижних частот и второго квадратора, выход которого соединен с вторым входом сумматора.