Временной 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 ГНСС, и поэтому одновременно подавляют отечественную НАП ГНСС. 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.: 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.: 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 ГНСС 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 ГНСС 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.

Поставленная цель достигается посредством замены замкнутых контуров аналого-цифровых следящих измерителей разомкнутыми цифровыми фильтрами, сохраняющими амплитуду и форму обрабатываемых сигналов.

Технический результат достигается тем, что временной компенсатор для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомехи НАП ГНСС противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах, размещенный между выходом усилителя промежуточной частоты и входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, состоит из аналогово-цифрового преобразователя, генератора копии кода помехового сигнала, формирователя, сигнального процессора, цифрового фильтра сжатия, стробирующего устройства, коррелятора, сигнального процессора, модуля задержки, вычитающего устройства, осуществляющего обработку поступающего аналогового сигнала, состоящего из компенсируемого сигнала от отечественного передатчика радиопомех и суммы сигналов всех НКА в пределах прямой видимости антенной НАП ГНСС, получая на выходе суммарный сигнал от НКА, не претерпевших неких преобразований, а компенсируемый помеховый сигнал подвергается преобразованиям с использованием только разомкнутых операторов, сохраняющих амплитуду и форму преобразуемого сигнала, у которого спектральная плотность мощности не компенсируемого остатка на выходе вычитающего устройства оказывается в базу раз меньше, чем спектральная плотность мощности компенсируемого сигнала.

На фиг. 1 показана функциональная схема временного компенсатора для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомех НАП ГНСС противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах, на фиг. 2 показана структура компенсируемого сигнала как функция времени t, на фиг. 3 показана структура КИХ W, элементарного импульса Р и копии помехового сигнала U_К, на фиг.4 показан отклик коррелятора и отклик фильтра сжатия.

Временной компенсатор для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомех НАП ГНСС противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах (далее по тексту компенсатор радиопомех) размещен между усилителем промежуточной частоты приемного устройства антенного входа и входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, и состоит из аналогово-цифрового преобразователя 1, генератора копии кода помехового сигнала 2, фильтра сжатия 3, стробирующего устройства 4, коррелятора 5, формирователя 6, вычитающего устройства 7 и программного модуля задержки 8.

Вход аналого-цифрового преобразователя 1 соединен с выходом УПЧ приемного устройства, а выход преобразователя 1 соединен с первым входом вычитающего устройства 7, с входом фильтра сжатия 3 и с первым входом коррелятора 5.

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

Выход коррелятора 5 соединен со вторым входом стробирующего устройства 4 и со вторым входом модуля задержки 8.

Выход фильтра сжатия 3 соединен с первым входом стробирующего устройства 4.

Выход стробирующего устройства 4 соединен с входом формирователя 6.

Выход формирователя 6 соединен с первым входом модуля задержки 8.

Выход модуля задержки 8 соединен со вторым входом вычитающего устройства 7.

Выход вычитающего устройства 7 соединен с входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС.

Компенсатор радиопомех работает следующим образом.

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

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 находящихся в пределах прямой видимости антенны НАП ГНСС.

Компенсируемый сигнал U представляет псевдослучайный фазово-кодоманипулированный (ФКМн) сигнал с двоичной кодовой манипуляцией 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, работающие на совпадающих частотах. Поэтому суммарный сигнал V можно рассматривать как случайный процесс, распределенный по нормальному закону.

Компенсатор радиопомех в целом определяет оптимальную оценку текущих значений сигнала отечественного передатчика радиопомех U на фоне мешающего воздействия V и вычитает полученную оценку из цифрового сигнала Z. В практике радиоподавления НАП ГНСС спектральная плотности мощности компенсируемого сигнала U, создаваемого отечественным передатчиком радиопомех, намного порядков больше, чем спектральная плотность мощности мешающего воздействия V, что позволяет получать высокую точность оценки и, соответственно, большой коэффициент компенсации.

Компенсатор радиопомех работает следующим образом.

Генератор копии кода помехового сигнала 2 выполняет две операции:

- определяет конечную импульсную характеристику (КИХ) формирующего фильтра W;

- рассчитывает копию помехового сигнала U_K посредством свертки КИХ с сигналом Р в виде элементарного импульса,

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

Структура КИХ W, элементарного импульса P и копии помехового сигнала U_K показаны на фиг. 3. Определенная КИХ W представляет последовательность дельта-импульсов, отстоящих друг относительно друга на длительность элементарного импульса P и принимающих значения +1 или -1 согласно известному закону кодирования помехового сигнала, излучаемого отечественным передатчиком радиопомех. В общем случае копия U_K сдвинута во времени относительно помехового сигнала и не совпадает с ним по амплитуде.

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 максимально правдоподобную 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.

Оценка временного сдвига J поступает на стробирующее устройство 4 и на программный модуль задержки 8.

Фильтр сжатия 3 вычисляет максимально правдоподобную оценку текущих значений элементарного импульса Р_е с использованием свертки,

где Wi - зеркальное отражение КИХ W;

B - база помехового сигнала.

При сжатии импульсы фазово-кодоманипулированной помехи суммируются B раз когерентно, а навигационные сигналы - некогерентно. Это обеспечивает подавление помехового сигнала в компенсаторе в базу раз по мощности.

Отклик коррелятора 5 и отклик фильтра сжатия 3 показаны для наглядности на фиг. 4.

Выходной сигнал фильтра сжатия 3 поступает на вход стробирующего устройства 4.

Выходной сигнал фильтра сжатия 3 содержит на ряду с максимально правдоподобной оценкой текущих значений элементарного импульса текущие значения боковых лепестков, маскирующих слабые сигналы НКА и вызывающих ложное обнаружение сигналов. Поэтому боковые лепестки должны быть исключены из процесса последующей обработки сигналов стробирующим устройством.

В стробирующем устройстве 4 происходит исключение боковых лепестков выходного сигнала фильтра сжатия 3 методом «временного окна» с граничными значениями a и b,

где Тр - длительность элементарного импульса помехового сигнала.

Оценка элементарного импульса помехового сигнала поступает с выхода стробирующего устройства 4 на вход формирователя 6.

Формирователь 6 определяет оценку помехового сигнала U_e посредством свертки КИХ W с сигналом Р_е,

Выходной сигнал стробирующего устройства поступает на вход программного модуля задержки 8.

Программный модуль задержки 8 производит задержку оценки помехового сигнала U_e на величину оценки запаздывания J и таким способом совмещает ее во времени с составляющей сигнала отечественного передатчика радиопомех на выходе аналого-цифрового преобразователя 1,

Выходной сигнал модуля задержки 8 поступает в вычитающие устройства 7.

Вычитающее устройство 7 завершает процесс компенсации помех посредством вычитания выходного сигнала U_e программного модуля задержки 8 из выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 1 Z,

Оценка суммарного сигнала НКА V_e, получаемая на выходе вычитающего устройства, поступает на вход оборудования первичной обработки информации (ПОИ) НАП ГНСС.

В процессе компенсации суммарный сигнал НКА V не претерпевает никаких преобразований. Компенсируемый помеховый сигнал подвергается преобразованием с использованием только разомкнутых операторов, сохраняющих амплитуду и форму преобразуемого сигнала. Спектральная плотность мощности некомпенсированного остатка V-V_e на выходе вычитающего устройства 7 оказывается в базу раз меньше, чем спектральная плотность мощности компенсируемого сигнала, что способствует надежной работе временного компенсатора для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомехи НАП ГНСС противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах.

Изобретение предназначено для обеспечения электромагнитной совместимости 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 и стойкости компенсатора помех к климатическим и механическим воздействиям. Указанный результат достигается тем, что временной компенсатор для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомехи навигационной аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (НАП ГНСС) противника с отечественной НАП ГНСС при их одновременной работе на совпадающих частотах, размещенный между выходом усилителя промежуточной частоты приемного устройства и входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, состоит из аналогово-цифрового преобразователя, генератора копии кода помехового сигнала, формирователя, фильтра сжатия, стробирующего устройства, коррелятора, модуля задержки, вычитающего устройства, определенным образом соединенных между собой. 4 ил.

Временной компенсатор для обеспечения электромагнитной совместимости отечественного передатчика радиопомех навигационной аппаратуры потребителей глобальных навигационных 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, вычитающего устройства отличающийся тем, что генератор вырабатывает копии кода помехового сигнала и дополнительно в устройство введены алфавитно-цифровой преобразователь, фильтр сжатия, коррелятор, стробирующее устройство, формирователь, программный модуль задержки, которые осуществляют связь между собой, алфавитно-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом УПЧ приемного устройства, а выход соединен с одним из входов вычитающего устройства, с входом фильтра сжатия и с одним из входов коррелятора, выход генератора копии кода помехового сигнала соединен с одним из входов коррелятора, выход фильтра сжатия соединен с одним из входов стробирующего устройства, выход коррелятора соединен с другим входом стробирующего устройства и с другим входом программного модуля задержки, выход стробирующего устройства соединен с входом формирователя, выход формирователя соединен с одним из входов программного модуля задержки, выход программного модуля задержки соединен с другим входом вычитающего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом оборудования первичной обработки информации НАП ГНСС, при этом поступивший в аналого-цифровой преобразователь аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал, представляющий сумму двух составляющих: компенсируемого сигнала отечественного передатчика радиопомех и суммарного сигнала всех навигационных космических аппаратов (НКА), находящихся в пределах прямой видимости антенны НАП ГНСС, который поступает в вычитающее устройство, в фильтр сжатия и в коррелятор, генератор копии кода помехового сигнала определяет конечную импульсную характеристику (КИХ) формирующего фильтра и определяет копию помехового сигнала посредством сверки КИХ с сигналом в виде элементарного импульса и передает в коррелятор, который выполняет определение функции взаимной корреляции копии помехового сигнала и выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя, определяет оценку временного сдвига прямого помехового сигнала относительно копии сформированной генератором копии кода помехового сигнала, которую передает в стробирующее устройство и в программный модуль задержки, фильтр сжатия вычисляет оценку текущих значений элементарного импульса с использованием свертки и передает в стробирующее устройство, где происходит исключение боковых лепестков методом «временного окна» с программируемыми значениями, которые передает в формирователь, где происходит определение оценки помехового сигнала посредством сверки КИХ с сигналом, который поступает в программный модуль задержки, осуществляющий задержку оценки сигнала на величину оценки запаздывания, обеспечивая совместимость ее во времени с восстановленным сигналом отечественного передатчика радиопомех, и передает в вычитающее устройство, где происходит процесс компенсации помех посредством вычитания из выходного сигнала программного модуля и выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя, получая суммарную оценку сигналов НКА, которую передает в оборудование первичной обработки информации НАП ГНСС.