КОРРЕЛЯЦИОННО-ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 2013 года по МПК G01S3/46 

Изобретение относится к области радионавигации и может быть использовано при построении систем определения угловых координат, принцип действия которых основан на определении временного сдвига между радиосигналами, принимаемыми от объекта.

Известен пеленгатор, содержащий две антенны, имеющие общие фазовые центры и формирующие разнесенные диаграммы направленности, два приемника и блок сравнения амплитуд, выход которого является информационным выходом пеленгатора, первая и вторая антенны соединены соответственно с первым и вторым приемниками, выходы которых подключены ко входам блока сравнения амплитуд [Радиотехнические системы / Под ред. А.И.Дымовой. - М.: Советское радио, 1975, стр.154, рис.4.40].

Недостатком пеленгатора является невысокая точность определения угловых координат и ограниченный диапазон однозначного определения угла, что обусловлено применяемым в устройстве методом амплитудного пеленгования.

Известен пеленгатор, реализующий фазовый метод пеленгования, выбранный в качестве прототипа, содержащий две антенны, два высокочастотных блока, каждый из которых состоит из смесителя и усилителя промежуточной частоты, фазовращатель и фазовый детектор, выход которого является информационным выходом пеленгатора, первая и вторая антенны соединены соответственно с первым и вторым высокочастотными блоками, выход первого высокочастотного блока соединен со входом фазовращателя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго высокочастотного блока [Винницкий А.С. Автономные радиосистемы. - М.: Радио и связь, 1986, стр.202, рис.11.6, а].

Недостатком пеленгатора является невозможность корректного определения направления на объект при углах, приводящих к геометрической задержке принимаемых сигналов больше длительности периода принимаемых сигналов.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении диапазона определяемых угловых координат и устранении неоднозначности, вызванной периодическим характером сигнала несущей частоты.

Технический результат достигается тем, что в корреляционно-фазовый пеленгатор, содержащий две антенны, два высокочастотных блока, согласно изобретению введены два демодулятора, два спектроанализатора, блок сравнения спектров, два запоминающих устройства и коррелятор, входы первого и второго демодуляторов соединены с выходами соответственно первого и второго высокочастотных блоков, выходы первого и второго демодуляторов соединены с входами соответственно первого и второго спектроанализаторов, выходы которых подключены ко входам блока сравнения спектров, выход которого соединен с разрешающим входом коррелятора, первый информационный вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом первого демодулятора, второй информационный вход коррелятора соединен с выходом второго запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом второго демодулятора, выход коррелятора является информационным выходом пеленгатора.

При этом демодуляторы могут быть предназначены как для демодуляции фазомодулированных сигналов, так и для демодуляции частотно-модулированных сигналов.

Коррелятор может быть выполнен в виде устройства, вычисляющего знаковую корреляционную функцию.

Блок сравнения спектров может быть выполнен в виде устройства, вычисляющего коэффициент корреляции спектров.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.

На фиг.1 показан чертеж, иллюстрирующий принцип определения угловых координат при приеме сигнала в двух разнесенных точках; на фиг.2 - функциональная схема корреляционно-фазового пеленгатора.

На чертеже по фиг.1 показаны первая и вторая приемные антенны 1 и 2, расстояние между которыми d, угол α прихода фронта радиоволн и геометрическая задержка τ.

Функциональная схема корреляционно-фазового пеленгатора (фиг.2) содержит антенны 1 и 2, высокочастотные блоки 3 и 4, демодуляторы 5 и 6, спектроанализаторы 7 и 8, блок 9 сравнения спектров, запоминающие устройства (ЗУ) 10 и 12, коррелятор 11, выход которого является информационным выходом τ* пеленгатора. Антенны 1 и 2 соединены соответственно с высокочастотными блоками 3 и 4, выходы которых соединены соответственно с входами демодуляторов 5 и 6, выходы которых соединены соответственно со входами спектроанализаторов 7 и 8, выходы которых подключены ко входам блока 9 сравнения спектров, выход которого соединен с разрешающим входом Е коррелятора 11, первый информационный вход Х которого соединен с выходом ЗУ 10, вход которого соединен с выходом демодулятора 5, второй информационный вход У коррелятора 11 соединен с выходом ЗУ 12, вход которого соединен с выходом демодулятора 6.

Определение угловой координаты α источника излучения радиоволн, которым является пеленгуемый объект, осуществляется путем измерения разности времен прихода фронта волны к двум разнесенным на расстояние d приемным антеннам 1 и 2, как показано на фиг.1. По результатам оценки геометрической задержки τ (вышеуказанной разности), исходя из известной связи α=arcsin(τ/d), находят искомый угол α.

Работает корреляционно-фазовый пеленгатор (фиг.2) следующим образом.

Антенны 1 и 2 принимают радиоизлучение от пеленгуемого объекта, например, от искусственного спутника. Предполагаются априорно известными вид модуляции, используемый при передаче информации от объекта, и значение несущей частоты. Селектированные по известным несущим частотам и усиленные в высокочастотных блоках 3, 4 сигналы направляются в демодуляторы 5, 6 для выделения низкочастотной информационной составляющей - сообщения, находящегося в передаваемом от объекта сигнале. Характер и содержание передаваемого сообщения в настоящем случае роли не играют. Полученные низкочастотные сигналы направляются в спектроанализаторы 7, 8 для определения их спектра за время анализа t и одновременно в ЗУ 10, 12, в которых задерживаются на время t. Далее по истечении времени анализа t результаты определения спектров направляются в блок 9 сравнения, назначением которого является вычисление количественного показателя, по значению которого можно было бы судить, насколько похожи спектры сигналов, полученные в результате демодуляции принятых пеленгатором высокочастотных сигналов. При принятии блоком 9 решения о высокой степени похожести спектров на его выходе формируется сигнал Е, разрешающий работу коррелятора 11. Назначение коррелятора 11 - определение относительного временного сдвига случайных сигналов, поступающих на его информационные входы X, Y. Указанный временной сдвиг является оценкой τ* геометрической задержки (см. фиг.1), по значению которой определяют искомый угол α. Если по результатам сравнения в блоке 9 будет установлено, что спектры продемодулированных сигналов недостаточно похожи, то сигнал Е разрешения работы коррелятора 11 не выдается и поступающая с выходов ЗУ 10, 12 информация в корреляционном анализе не участвует.

Из приведенного описания видно, что корреляционному анализу подвергаются не узкополосные высокочастотные сигналы, а случайные сигналы с произвольным спектром, представляющие собой сообщения, содержащиеся в излучаемых высокочастотных сигналах. По этой причине устраняется неоднозначность определения величины, вызванная периодичностью высокочастотных несущих, а следовательно, расширяется диапазон измерения угловых координат, который функционально будет определяться диапазоном измеряемых временных сдвигов коррелятора 11. Разумеется, разрешающая способность пеленгатора также будет зависеть от разрешения коррелятора 11. В свою очередь, операция сравнения спектров демодулированных сигналов необходима для снижения вероятности корреляционного анализа сильно искаженных сигналов или ошибочно принятых на антенных пунктах разных сигналов. Разрешение на проведение корреляционного анализа выдается только в случае идентичности спектров.

Сравнение спектров может проводиться разными способами, например путем вычисления коэффициента корреляции спектров, как показано в работе [Пат. РФ №2328003. Одноканальный корреляционный измеритель частотных искажений / Г.Р.Аванесян. - Опубл. 27.06. 2010, Бюл. №18], в этом случае сигнал разрешения работы коррелятора должен выдаваться при условии либо равенства коэффициента корреляции спектров единице, либо нахождения в окрестности единицы в допустимых пределах. На практике целесообразно задавать пороговое значение, превышение которого следует рассматривать как признак высокой корреляции спектров и формировать сигнал разрешения при превышении установленного порога.

ЗУ 10, 12, показанные на функциональной схеме пеленгатора, необходимы для задержки во времени сигналов, подаваемых на информационные входы X, Y коррелятора 11. Задержка сигналов на время t необходима для окончания спектрального анализа и принятия решения об идентичности (неидентичности) спектров. По этой причине время задержки t выбирается равным времени анализа спектров (предполагается, что время, затрачиваемое на принятие решения, ничтожно мало по сравнению со временем анализа спектров t).

В качестве коррелятора следует использовать устройство, осуществляющее нахождение τ* по положению взаимокорреляционного пика сигналов, поступающих на его входы. Такие устройства давно известны и описаны в различных работах, например, в [А.с. СССР №1815652. Корреляционное устройство / Г.Р.Аванесян. - Опубл. 15.05.1993, Бюл. №18]. В указанной работе показан коррелятор с управляющим входом, который может быть использован в качестве входа разрешения Е, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к коррелятору 11, входящему в состав предложенного пеленгатора.

Изобретение относится к области радионавигации и может быть использовано при построении систем определения угловых координат, принцип действия которых основан на определении временного сдвига между радиосигналами, принимаемыми от объекта. Достигаемый технический результат изобретения заключается в расширении диапазона определяемых угловых координат и устранении неоднозначности, вызванной периодическим характером сигнала несущей частоты. Корреляционно-фазовый пеленгатор содержит две антенны, два высокочастотных блока, два демодулятора, два спектроанализатора, блок сравнения спектров, два запоминающих устройства и коррелятор, определенным образом соединенные между собой. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Корреляционно-фазовый пеленгатор, содержащий две антенны, два высокочастотных блока, первая и вторая антенны соединены соответственно с первым и вторым высокочастотными блоками, отличающийся тем, что в него введены два демодулятора, два спектроанализатора, блок сравнения спектров, два запоминающих устройства и коррелятор, входы первого и второго демодуляторов соединены с выходами соответственно первого и второго высокочастотных блоков, выходы первого и второго демодуляторов соединены со входами соответственно первого и второго спектроанализаторов, выходы которых подключены ко входам блока сравнения спектров, выход которого соединен с разрешающим входом коррелятора, первый информационный вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом первого демодулятора, второй информационный вход коррелятора соединен с выходом второго запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом второго демодулятора, выход коррелятора является информационным выходом пеленгатора.

2. Корреляционно-фазовый пеленгатор по п.1, отличающийся тем, что демодуляторы предназначены для демодуляции фазомодулированных сигналов.

3. Корреляционно-фазовый пеленгатор по п.1, отличающийся тем, что демодуляторы предназначены для демодуляции частотно-модулированных сигналов.

4. Корреляционно-фазовый пеленгатор по п.1, отличающийся тем, что коррелятор выполнен в виде устройства, вычисляющего знаковую корреляционную функцию.

5. Корреляционно-фазовый пеленгатор по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения спектров выполнен с возможностью вычисления коэффициентов корреляции спектров и выдачи сигнала разрешения работы коррелятора при условии либо равенства коэффициентов корреляции спектров единице, либо нахождения в окрестности единицы в допустимых пределах.