Частотный компенсатор для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомех НАП ГНСС противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах Российский патент 2017 года по МПК G01S7/36 

Техническое решение относится к устройству, обеспечивающему электромагнитную совместимость отечественного средства создания преднамеренных радиопомех с отечественной радиоэлектронной аппаратурой (РЭА) при их одновременной работе на совпадающих частотах без снижения эффективности радиоподавления РЭА противника.

Навигационная аппаратура потребителей (НАП) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) является одним из основных средств координатно-временного обеспечения вооружения и военной техники противоборствующих сторон [Авиация ВВС России и научно-технический прогресс. Боевые комплексы и системы вчера, сегодня, завтра. / под ред. Федосова Е.А. - М.: Дрофа, 2005, стр. 687-690] и представляет собой важный объект радиоподавления с целью снижения эффективности систем управления войсками и оружием противника [Перунов Ю.М., Мацукевич В.В., Васильев А.А. Зарубежные радиоэлектронные средства / под ред. Ю.М. Перунова. В 4-х книгах. Кн. 2: Системы радиоэлектронной борьбы. - М.: Радиотехника, 2010, стр. 184-186].

Отечественные передатчики радиопомех, предназначенные для зонального радиоподавления НАП ГНСС противника, работают на частотах, совпадающих с рабочими частотами приемных устройств отечественной НАП, и поэтому одновременно подавляют отечественную НАП. Это обусловливает необходимость разработки устройства, обеспечивающего электромагнитную совместимость отечественных передатчиков радиопомех с отечественной НАП ГНСС без снижения эффективности радиоподавления НАП ГНСС противника.

Известным аналогом предлагаемого изобретения является компенсатор помех в виде адаптивной антенной решетки, обеспечивающий электромагнитную совместимость передатчика радиопомех с приемным устройством посредством пространственной селекции полезного сигнала [Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. Перевод с английского под ред. В.А. Лексаченко. - М.: Изд. «Радио и связь», 1986, стр. 78, рис 3.3]. Известны также адаптивные компенсаторы радиопомех, основанные на использовании дополнительно к основной антенне РЭА специальных компенсационных антенн с диаграммами направленности специальной формы [Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х. и др. Защита от радиопомех. Под ред. М.В. Максимова. М.: изд. «Советское радио», 1976, стр. 215, рис 5.1.6], [Цулая А.В. Методология выбора аппаратуры адаптивного СВЧ-компенсатора помех для контрольно-корректирующих станций. «Системы управления, навигации и связи» - Киев: ДП «ЦНИИ НиУ», 2010. - Вып. 4 (16), стр. 18-23] и др.

Недостатком известных аналогов, затрудняющих их использование для обеспечения электромагнитной совместимости отечественных передатчиков радиопомех с отечественной НАП ГНСС, является необходимость решения нетривиальной задачи генерации опорного сигнала в виде суммы ортогональных сигналов (не менее четырех), совпадающих по структуре и временному положению с сигналами навигационных космических аппаратов (НКА), используемых в НАП ГНСС при решении навигационной задачи. Генерация такого опорного сигнала затруднена непрерывным изменением временного положения навигационных сигналов по причине перемещения НКА в пространстве и периодической смены созвездия НКА, используемого при решении навигационной задачи. Указанный недостаток известных аналогов предлагаемого изобретения обусловил целесообразность использования качественно нового компенсатора, обеспечивающего компенсацию радиопомех без генерации опорного сигнала.

Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения по технической сущности и достигаемому результату является компенсатор радиопомех для обеспечения электромагнитной совместимости отечественной НАП ГНСС с отечественным средством радиоподавления НАП противника при работе на совпадающих частотах, не требующий воспроизведения опорного сигнала [Патент на изобретение №2563973, RU, Компенсатор радиопомех для обеспечения электромагнитной совместимости отечественной НАП ГНСС с отечественным средством радиоподавления НАП противника при работе на совпадающих частотах, МПК G01S 7/36, опубликован 27.09.2015]. Компенсатор размещают между выходом антенного усилителя и входом приемника НАП ГНСС. В состав компенсатора входят: понижающий частоту смеситель, усилитель промежуточной частоты, местный гетеродин, умножитель, контур фазовой автоматической подстройки частоты, контур автоматического слежения за задержкой, контур выделения и хранения огибающих импульсов компенсируемого напряжения, контур автоматического сопровождения амплитуды сигнала, генератор опорного сигнала, вычитающее устройство и восстанавливающий частоту смеситель.

В известном прототипе исключена необходимость в получении опорного сигнала в виде суммы ортогональных сигналов (не менее четырех), совпадающих по структуре и временному положению с сигналами НКА, используемых в НАП ГНСС при решении навигационной задачи. Однако известному прототипу свойственен недостаток - низкая надежность и стойкость к климатическим и механическим воздействиям по причине использования нескольких замкнутых контуров аналого-цифровых следящих измерителей.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и стойкости компенсатора помех, предназначенного для обеспечения ЭМС отечественных передатчиков радиопомех с отечественной НАП ГНСС, к климатическим и механическим воздействиям посредством замены замкнутых контуров аналого-цифровых следящих измерителей на разомкнутые цифровые фильтры, сохраняющие амплитуду и форму обрабатываемых сигналов.

Технический результат достигается тем, что взаимодействующие в процессе функционирования генератор копии помехового сигнала и дополнительно введенные аналого-цифровой преобразователь, фильтр сжатия, коррелятор, режекторный фильтр, восстанавливающий фильтр обеспечивают компенсацию помехового сигнала, при этом осуществляют связь между собой; аналого-цифровой преобразователь вход, которого соединен с выходом УПЧ промежуточной частоты приемного устройства НАП ГНСС, а выход соединен с одним из входов коррелятора и с одним из входов фильтра сжатия, выход генератора копии помехового сигнала соединен с одним из входов коррелятора, выход коррелятора соединен с входом модуля задержки, выход модуля задержки соединен с другим входом фильтра сжатия и с другим входом восстанавливающего фильтра, выход фильтра сжатия соединен с режекторным фильтром, выход режекторного фильтра соединен с одним из входов восстанавливающего фильтра, выход восстанавливающего фильтра соединен с входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, который рассчитывает оптимальную оценку текущих значений суммарного сигнала всех НКА V на фоне мешающего воздействия сигнала отечественного передатчика радиопомех посредством восстановления несущей сигнала U и исключения ее из процесса обработки навигационной информации режекторным фильтром. В практике радиоподавления НАП ГНСС спектральная плотность мощности компенсируемого сигнала U, создаваемого отечественным передатчиком радиопомех, на много порядков больше, чем спектральная плотность мощности суммарного сигнала НКА мешающего воздействия V, что позволяет получать высокую точность оценки частоты восстановленной несущей и, соответственно, получать большой коэффициент компенсации помехового сигнала.

На фиг. 1 показана функциональная схема частотного компенсатора для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомех НАП ГНСС противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах (далее по тексту частотный компенсатор радиопомех), на фиг. 2 показана структура компенсируемого сигнала как функция времени t, на фиг. 3 показан амплитудный спектр сигнала на выходе аналого-цифрового преобразователя, на фиг. 4 показан амплитудный спектр выходного сигнала фильтра сжатия.

В состав частотного компенсатора радиопомех входят: аналого-цифровой преобразователь 1, генератор копии помехового сигнала 2, фильтр сжатия 3, модуль задержки 4, коррелятор 5, режекторный фильтр 6, восстанавливающий фильтр 7.

Вход аналого-цифрового преобразователя 1 соединен с выходом УПЧ приемного устройства НАП ГНСС, а выход соединен с первым входом фильтра сжатия 3 и с первым входом коррелятора 5.

Выход генератора копии помехового сигнала 2 соединен со вторым входом коррелятора 5.

Выход коррелятора 5 соединен с входом модуля задержки 4.

Выход модуля задержки 4 соединен со вторым входом фильтра сжатия 3 и со вторым входом восстанавливающего фильтра 7.

Выход фильтра сжатия 3 соединен с входом режекторного фильтра 6.

Выход режекторного фильтра 6 соединен с входом восстанавливающего фильтра 7.

Выход восстанавливающего фильтра 7 соединен с входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС.

Частотный компенсатор работает следующим образом.

Аналоговый выходной сигнал усилителя промежуточной частоты приемного устройства НАП ГНСС входа поступает на аналого-цифровой преобразователь 1, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал Z.

Цифровой сигнал Z на выходе аналого-цифрового преобразователя 1 представляет сумму двух составляющих

где U - компенсируемый сигнал отечественного передатчика радиопомех;

V - суммарный сигнал всех НКА в пределах прямой видимости антенны НАП ГНСС.

Компенсируемый сигнал отечественного передатчика радиопомех U представляет псевдослучайный фазово-кодоманипулированный (ФКМн) сигнал с подавленной несущей посредством ее двоичной кодовой манипуляции по псевдослучайному закону. Двоичная ФКМн - это вырожденный тип фазовой манипуляции, который совпадает с балансной амплитудной модуляцией при биполярном цифровом модулирующем сигнале. Структура компенсируемого сигнала как функция времени t показана на фиг. 2.

В пределах прямой видимости антенны НАП ГНСС находятся десятки НКА, излучающих взаимно независимые псевдослучайные сигналы на совпадающих частотах. Поэтому суммарный сигнал всех НКА V можно рассматривать как случайный процесс, распределенный по нормальному закону.

Частотный компенсатор радиопомех рассчитывает оптимальную оценку текущих значений суммарного сигнала всех НКА V на фоне мешающего воздействия сигнала отечественного передатчика радиопомех восстановления несущей сигнала U и исключения ее из процесса обработки навигационной информации режекторным фильтром.

Частотный компенсатор радиопомех работают следующим образом.

Генератор копии помехового сигнала 2 формирует помеховый сигнал U_K посредством умножения несущей на копию биполярного моделирующего сигнала А_K, совпадающую по форме с используемым в отечественном передатчике радиопомех.

В общем случае копия U_K сдвинута во времени относительно помехового сигнала.

Сформированная копия помехового сигнала U_K поступает в коррелятор 5.

Коррелятор 5 выполняет две операции:

- определяет функцию взаимной корреляции R копии помехового сигнала U_K и выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя Z

- определяет оценку J временного сдвига принятого помехового сигнала U относительно его копии U_K, сформированной генератором копии помехового сигнала 2

где T - длительность кодовой группы модулирующего цифрового сигнала.

Здесь и далее в математических выражениях использована символика, общепринятая в языках компьютерной математики MATLAB, SciLab, UNICS и некоторых других для описания операций с цифровыми последовательностями в виде матрицы-строки.

Оценка J сдвига помехового сигнала U относительно его копии U_K является оценкой сдвига биполярной моделирующей функции A принятого сигнала относительно ее копии А_K.

Оценка временного сдвига J поступает в модуль задержки 4.

Модуль задержки 4 совмещает во времени биполярный модулирующий сигнал принятого помехового сигнала А с его копией А_K.

На выходе модуля задержки 4 формируется совмещенная оценка модулирующего сигнала А_е посредством применения следующих операторов:

)

Оценка А_е поступает с выхода программного модуля задержки модулирующего сигнала 4 в фильтр сжатия 3 и в восстанавливающий фильтр 7.

Фильтр сжатия 3 осуществляет сжатие по спектру компенсируемого сигнала посредством умножения выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 1 Z на оценку модулирующего сигнала А_е. На выходе фильтра сжатия образуется оценка текущего значения несущей

Амплитудный спектр сигнала на выходе аналого-цифрового преобразователя 1 показан на фиг. 3. Амплитудный спектр выходного сигнала фильтра сжатия 3 показан на фиг. 4.

Выходной сигнал фильтра сжатия 3 поступает в режекторный фильтр 6.

Режекторный фильтр 6 исключает оценку несущей из процесса обработки навигационных сигналов методом «частотного окна» с использованием следующих операций:

- операция преобразования Фурье выходного сигнала фильтра сжатия 3

- вычисление частоты восстановленной несущей и приравнивание к нулю спектральной составляющей выходного сигнала фильтра сжатия 3 на вычисленной частоте

Выходной сигнал Z_S режекторного фильтра 6 поступает в восстанавливающий фильтр 7.

Восстанавливающий фильтр 7 завершает процесс компенсации помехового сигнала и восстанавливает суммарный сигнал всех НКА с использованием следующих операций:

- операция обратного преобразования Фурье выходного сигнала режекторного фильтра 6

- умножение результата обратного преобразования на оценку биполярного моделирующего сигнала

Восстановленный суммарный сигнал всех НКА передается в оборудование первичной обработки информации НАП ГНСС.

Изобретение относится к устройству, обеспечивающему электромагнитную совместимость отечественного средства создания преднамеренных радиопомех с отечественной радиоэлектронной аппаратурой (РЭА) при их одновременной работе на совпадающих частотах без снижения эффективности радиоподавления РЭА противника. Достигаемый технический результат – повышение надежности частотного компенсатора. Указанный результат достигается тем, что взаимодействующие в процессе функционирования генератор копии помехового сигнала, аналого-цифровой преобразователь, фильтр сжатия, коррелятор, режекторный фильтр, восстанавливающий фильтр обеспечивают компенсацию помехового сигнала, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемного устройства навигационной аппаратуры потребителей глобальных спутниковых систем (НАП ГНСС), а выход соединен с одним из входов коррелятора и с одним из входов фильтра сжатия, выход генератора копии помехового сигнала соединен с одним из входов коррелятора, выход коррелятора соединен с входом модуля задержки, выход модуля задержки соединен с другим входом фильтра сжатия и с другим входом восстанавливающего фильтра, выход фильтра сжатия соединен с режекторным фильтром, выход режекторного фильтра соединен с одним из входов восстанавливающего фильтра, выход восстанавливающего фильтра соединен с входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, в котором рассчитывается оптимальная оценка текущих значений суммарного сигнала всех навигационных космических аппаратов на фоне мешающего воздействия сигнала отечественного передатчика радиопомех посредством восстановления несущей сигнала и исключения ее из процесса обработки навигационной информации режекторным фильтром. 4 ил.

Частотный компенсатор для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомех навигационной аппаратуре потребителей глобальных спутниковых систем (НАП ГНСС) противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах, размещенный между выходом усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемного устройства и входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, состоящий из генератора, модуля задержки, отличающийся тем, что взаимодействующие в процессе функционирования генератор копии помехового сигнала и дополнительно введенные аналого-цифровой преобразователь, фильтр сжатия, коррелятор, режекторный фильтр, восстанавливающий фильтр обеспечивают компенсацию помехового сигнала, при этом осуществляют связь между собой; при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом УПЧ промежуточной частоты приемного устройства НАП ГНСС, а выход соединен с одним из входов коррелятора и с одним из входов фильтра сжатия, выход генератора копии помехового сигнала соединен с одним из входов коррелятора, выход коррелятора соединен с входом модуля задержки, выход модуля задержки соединен с другим входом фильтра сжатия и с другим входом восстанавливающего фильтра, выход фильтра сжатия соединен с режекторным фильтром, выход режекторного фильтра соединен с одним из входов восстанавливающего фильтра, выход восстанавливающего фильтра соединен с входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, при этом поступивший в аналого-цифровой преобразователь аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, представляющий сумму двух составляющих компенсируемого сигнала отечественного передатчика радиопомех и суммированного сигнала всех навигационных космических аппаратов (НКА), находящихся в пределах прямой видимости антенны НАП ГНСС, и передается в коррелятор, который определяет функцию временной корреляции копии помехового сигнала и выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя и функцию временного сдвига принятого помехового сигнала относительно его копии, сформированной генератором копии помехового сигнала, полученная оценка временного сдвига передается в модуль задержки, который совмещает во времени биполярный модулирующий сигнал принятого помехового сигнала и его копии, формируя совмещенную оценку модулирующего сигнала, и передает ее в фильтр сжатия и в восстанавливающий фильтр, фильтр сжатия осуществляет сжатие по спектру компенсируемого сигнала посредством умножения выходного сигнала аналого-цифрового преобразования на оценку модулирующего сигнала, образуя оценку текущего значения несущей, и передает в режекторный фильтр, который исключает оценку несущей из процесса обработки навигационного сигнала и передает полученный сигнал в восстанавливающий фильтр, который завершает процесс компенсации помехового сигнала, восстанавливает суммарный сигнал всех НКА и передает его в оборудование первичной обработки информации НАП ГНСС.