СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ НА РИДИОМАЯК. РАДИОКОМПАС. ДВУХЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ДАЛЬНОМЕР Российский патент 2014 года по МПК G01S1/08 

Группа изобретений относится к навигационным системам и комплексам.

Для того чтобы, например, привести корабль в место назначения (к радиомаяку), необходимо определять, по крайней мере, направление на радиомаяк, например, амплитудным методом пеленгации [1, Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В. Дружинина. Военное издательство, М., 1967].

О других методах, кроме как по компасу или звездам, привода средств передвижения к месту назначения мало что известно.

Целью изобретения является расширение ассортимента радиокомпасов.

Поставленная цель достигается за счет реализации радиокомпасов с использованием определения рассогласования продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк.

Определяют направление на радиомаяк посредством излучения в сторону радиомаяка и переизлучения им электромагнитной энергии обратно следующим образом. Из двух точек радиокомпаса (как выполнен, смотри ниже), с базовым L расстоянием между точками, на радиомаяк излучают два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), с близкими частотами f₁ и f₂ НЛЧМ сигнала и одинаковыми его частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые: принимают на радиомаяке, усиливают по мощности и переизлучают в сторону радиокомпаса, где их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и выделяют сигналы: Fpi=2DiFmdfm/C-2Vif₁/C и Fpj=2DjFmdfm/C-2Vif₂/C,

где Di и Dj - расстояние между антеннами радиокомпаса и антенной радиомаяка, перемещающегося со скоростью Vi, C - скорость света, а затем, после перемножения сигналов с частотами Fpi и Fpj, выделяют разностный сигнал частотой f₃=Fpi-Fpj, величина которой, при совпадении линии расположения антенн радиокомпаса с направлением на радиомаяк, или перпендикуляра, восстановленного из середины линии расположения антенн радиокомпаса, с направлением на радиомаяк, независимо от расстояния между радиокомпасом и радиомаяком, является конкретной и позволяет утверждать, что при обнаружении на радиокомпасе сигнала частотой f₃, направление на радиомаяк определено.

Радиокомпас содержит радиомаяк и двухчастотный частотный дальномер (как выполнен, смотри ниже), с двумя приемо-передающими антеннами, установленными на базовом L расстоянии между собой, выходы фильтров разностных частот ФРЧ-1 и ФРЧ-2 которого, через последовательно соединенные пятый смеситель и узкополосный полосовой фильтр (УПФ), подключены к схеме включения сигнализации. А радиомаяк выполнен в виде антенны, вход которой, работающий на прием, через последовательно соединенные полосовой фильтр и усилитель мощности, подключен к выходу антенны, работающему на передачу.

Двухчастотный частотный дальномер содержит генератор (Г-1), смеситель (СМ-1), фильтр разностной частоты (ФРЧ-1) и приемо-передающую антенну (антенну), а также: вторую антенну; Г-2; Г-3; СМ-2; СМ-3; СМ-4; ФРЧ-2; ФРЧ-3; ФРЧ-4; два усилителя мощности и последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого через Г-1 подключен к входам СМ-3 и СМ-4, а выход Г-2, через последовательно соединенные второй вход СМ-3, ФРЧ-3, СМ-1 подключен к входу ФРЧ-1, так же, как и выход Г-3, через последовательно соединенные второй вход СМ-4, ФРЧ-4, СМ-2 подключен к входу ФРЧ-2, а также выходы ФРЧ-3 и ФРЧ-4, соответственно, через первый и второй усилители мощности подключены к входам соответственно первой и второй антенн, работающим на передачу, а входы антенн, работающие на прием, подключены к вторым входам соответственно СМ-1 и СМ-2.

Рассмотрим, в том числе на примерах, работу радиокомпаса.

Пусть со стороны радиокомпаса, выполненного на базе двухчастотного частотного дальномера (ДЧД) с двумя приемо-передающими антеннами (антеннами), установленными на продольной оси корабля (или на поперечной), на расстоянии L=20 м друг от друга и плывущего со скоростью Vi=15 м/с, в сторону находящегося на расстоянии 149990 или 14990 м от него радиомаяка, излучают НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналы с частотами f₁=1 и f₂=1,1 ГГц, частотой модуляции Fm=5 кГц и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, формируемые ДЧД, в котором счетчик импульсов все время подсчитывает импульсы генератора импульсов. При этом на выходе ЦАП формируется пилообразное напряжение с частотой повторения Fm=5 кГц, которое подают на варикап генератора Г-1. При этом на выходе Г-1 формируется сигнал частотой f и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, который поступает на первые входы СМ-3 и СМ-4, на вторые входы которых подают с Г-2 и Г-3, соответственно, сигналы частотой fx и fz. При этом на выходах СМ-3 и СМ-4 и соответственно ФРЧ-3 и ФРЧ-4 формируются сигналы частотой f₁=f-fx=1 ГГц и f₂=f-fz=1,1 ГГц, которые, соответственно, первым и вторым усилителями мощности усиливаются и через первую и вторую антенны передаются на радиомаяк. Где принимаются его приемо-передающей антенной, выделяются полосовым фильтром, усиливаются по мощности и через выход антенны, работающий на передачу, переизлучаются на корабль. Где принимаются первой и второй приемо-передающими антеннами ДЧД и поступают на СМ-1 и СМ-2 ДЧД, перемножаются в нем с, соответственно, излученными НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналами, поступающими на вторые входы СМ-1 и СМ-2 с выходов ФРЧ-3 и ФРЧ-4. После перемножения НЛЧМ сигналов на выходах СМ-1 и СМ-2 и соответственно выходах ФРЧ-1 и ФРЧ-2 формируются, при расположении антенн ДЧД на продольной оси корабля, совпадающей точно с направлением на радиомаяк, сигналы с частотой Fpi=2DiFmdfm/C-f₁2Vi/C и Fpj=2DjFmdfm/C-f₂2Vi/C, $$F_1=2\left(149990\right)\left(5кГц\right)\left(\mathrm{5,1}МГц\right)/\left(3\times {10}^8м/с\right)-2\left(1ГГц\right)\left(15м/с\right)/\left(3\times {10}^8м/с\right)=25498200Гц,$$ $${\text{F}}_{\text{2}}=\text{2}\times \left(\text{149990 м}+\text{20 м}\right)\times \text{5}\times {\text{10}}^{\text{3}}\times \text{5}\text{,1}\times {\text{10}}^{\text{6}}/\text{3}\times {\text{10}}^{\text{8}}-\text{2}\times \text{1}\text{,1}\times {\text{10}}^{\text{9}}\times \text{15}/\text{3}\times {\text{10}}^{\text{8}}=\text{25501590 Гц}$$ , или $$F_1^1=2\left(14990\right)\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times {10}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15/3\times {10}^8=25482200Гц$$ $$$$ , $$F_2^1=2\left(14990м+20м\right)\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times {10}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15/3\times {10}^8=2551590Гц$$ , или, при расположении антенн ДЧД на поперечной оси корабля, продольная ось которого совпадает точно с направлением на радиомаяк, с, примерно, частотами $$F_1^{11}=2\left(149990\right)\left(5кГц\right)\left(\mathrm{5,1}МГц\right)/\left(3\times {10}^8м/с\right)-2\left(1ГГц\right)\left(15м/с\right)1/\left(3\times {10}^8м/с\right)=25498200Гц,$$ $$F_2^{11}=2\times 149990м\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times {10}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15\times 1/3\times {10}^8=254981900Гц$$ , или $$F_1^{111}=2\times 14990м\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times {10}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15\times 1/3\times {10}^8=2548200Гц$$ , $$F_2^{111}=2\times 14990м\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times {10}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15\times 1/3\times {10}^8=2548190Гц$$ ,

величина которых является функцией расстояния между кораблем и радиомаяком.

Сигналы частотой $$F_1$$ , $$F_1^1$$ , $$F_1^{11}$$ , $$F_1^{111}$$ и $$F_2$$ , $$F_2^1$$ , $$F_2^{11}$$ , $$F_2^{111}$$ выделяются ФРЧ-1 и ФРЧ-2 и перемножаются в СМ-5. А далее разностные сигналы частотой $$f_3=F_2-F_1=F_2^1-F_1^1=3390Гц$$ или $$f_3^1=F_1^{11}-F_2^{11}=F_1^{111}-F_2^{111}=10Гц$$ выделяются УПФ радиокомпаса с целью оповещения об определении направления на радиомаяк через схему включения сигнализации.

Группа изобретений относится к навигационным системам. Достигаемый технический результат - расширение ассортимента радиокомпасов, что достигается за счет использования в них определителя рассогласования продольной оси радиокомпаса с направлением на радиомаяк. Указанный результат достигается тем, что определяют направление на радиомаяк посредством излучения в сторону радиомаяка и переизлучения им электромагнитной энергии обратно следующим образом. Из двух точек радиокомпаса (как выполнен, смотри ниже), с базовым L расстоянием между точками, на радиомаяк излучают два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), с близкими частотами f₁ и f₂ НЛЧМ сигнала и одинаковыми его частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые: принимают на радиомаяке, усиливают по мощности и переизлучают в сторону радиокомпаса, где их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и выделяют сигналы: Fpi=2DiFmdfm/C-2Vif₁/C и Fpj=2DjFmdfm/C-2Vif₂/C, где Di и Dj - расстояние между антеннами радиокомпаса и антенной радиомаяка, перемещающегося со скоростью Vi, C - скорость света, а затем, после перемножения сигналов с частотами Fpi и Fpj, выделяют разностный сигнал частотой f₃=Fpi-Fpj, величина которой, при совпадении линии расположения антенн радиокомпаса с направлением на радиомаяк, или перпендикуляра, восстановленного из середины линии расположения антенн радиокомпаса, с направлением на радиомаяк, независимо от расстояния между радиокомпасом и радиомаяком, является конкретной и позволяет утверждать, что при обнаружении на радиокомпасе сигнала частотой f₃, направление на радиомаяк определено. Радиокомпас содержит радиомаяк и двухчастотный частотный дальномер с двумя антеннами, установленными на базовом L расстоянии между собой, выходы фильтров разностных частот которого, через последовательно соединенные смеситель и узкополосный полосовой фильтр, подключены к схеме включения сигнализации. А радиомаяк содержит антенну, полосовой фильтр и усилитель мощности. 3 н.п. ф-лы.

1. Способ определения направления на радиомаяк, заключающийся в излучении в сторону радиомаяка и переизлучении им электромагнитной энергии, отличающийся тем, что из двух точек радиокомпаса, выполненного по п.2, с базовым L расстоянием между точками, на радиомаяк излучают два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), с близкими частотами f₁ и f₂ НЛЧМ сигнала и одинаковыми его частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые: принимаются на радиомаяке, усиливаются по мощности и переизлучаются в сторону радиокомпаса,
где их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и выделяют сигналы:
Fpi=2DiFmdfm/C-2Vif₁/C и Fpj=2DjFmdfm/C-2Vif₂/C,
где Di и Dj - расстояние между антеннами радиокомпаса и антенной радиомаяка перемещающегося со скоростью Vi, C - скорость света, а затем, после перемножения сигналов с частотами Fpi и Fpj, выделяют разностный сигнал частотой f₃=Fpi-Fpj, величина которой, при совпадении линии расположения антенн радиокомпаса с направлением на радиомаяк, или перпендикуляра, восстановленного из середины линии расположения антенн радиокомпаса, с направлением на радиомаяк, независимо от расстояния между радиокомпасом и радиомаяком, является конкретной и позволяет утверждать, что при обнаружении на радиокомпасе сигнала частотой f₃, направление на радиомаяк определено.

2. Радиокомпас, содержащий дальномер и радиомаяк, отличающийся тем, что в нем используется двухчастотный частотный дальномер, выполненный по п.3, с двумя приемопередающими антеннами, установленными на базовом L расстоянии между собой, выходы фильтров разностных частот ФРЧ-1 и ФРЧ-2 которого, через последовательно соединенные пятый смеситель и узкополосный полосовой фильтр, подключены к схеме включения сигнализации, а радиомаяк выполнен в виде приемо-передающей антенны (антенна), вход которой, работающий на прием, через последовательно соединенные полосовой фильтр и усилитель мощности, подключен к выходу антенны, работающему на передачу.

3. Двухчастотный частотный дальномер, содержащий генератор (Г-1), смеситель (СМ-1), фильтр разностной частоты (ФРЧ-1) и приемо-передающую антенну (антенну), отличающийся тем, что в него дополнительно введены: вторая антенна; Г-2; Г-3; СМ-2; СМ-3; СМ-4; ФРЧ-2; ФРЧ-3; ФРЧ-4; два усилителя мощности и последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого через Г-1 подключен к входам СМ-3 и СМ-4, а выход Г-2, через последовательно соединенные второй вход СМ-3, ФРЧ-3, СМ-1 подключен к входу ФРЧ-1, так же, как и выход Г-3, через последовательно соединенные второй вход СМ-4, ФРЧ-4, СМ-2 подключен к входу ФРЧ-2, а также выходы ФРЧ-3 и ФРЧ-4, соответственно, через первый и второй усилители мощности подключены к входам соответственно первой и второй антенн, работающим на передачу, а входы первой и второй антенн, работающие на прием, подключены к вторым входам соответственно СМ-1 и СМ-2.