Устройство для пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех Российский патент 2017 года по МПК H01Q3/36 G01S3/74 

Изобретение относится к спутниковой радионавигации, а именно к устройству, обеспечивающему повышение устойчивости навигационной аппаратуры потребителей (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), размещаемой на наземных мобильных средствах, к воздействию радиопомех посредством пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) с использованием управляемой фазированной антенной решетки (ФАР), подключаемой к входу приемного устройства НАП ГНСС.

Известна ФАР [1], состоящая из антенной решетки, блоков диаграммообразующих множителей, сумматора, контроллера и выхода антенной решетки к НАП ГНСС.

Данное устройство ФАР предназначено для приема (и излучения) сигнала в соответствующей среде распространения. Элементы размещены так, чтобы обеспечивалось формирование требуемой диаграммы направленности в заданной области пространства.

Недостатком данного устройства является то, что оно не имеет возможности осуществлять пеленгацию, определяя направление источников излучения помехового сигнала с целью формирования ноля в этом направлении.

Целью изобретения является расширения возможности одновременного использования ФАР в качестве устройства пространственной селекции сигналов НКА как в режиме автоматического сопровождения этих сигналов, так и в режиме их поиска и захвата на автоматическое сопровождение путем: получения опорного сигнала; обеспечения пеленгования источников радиопомех; формирования нулевого уровня диаграммы направленности ФАР в направлении источника радиопомех.

Поставленная цель достигается тем, что к известному устройству ФАР, состоящему из антенной решетки, имеющей антенные элементы, блоков диаграммообразующих множителей, блока сумматора, блока контроллера ФАР и выхода к НАП ГНСС, дополнительно введены коммутатор, ведущий приемный канал, состоящий из смесителя ведущего приемного канала, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) ведущего приемного канала, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ведущего приемного канала, ведомый приемный канал, состоящий из смесителя ведомого приемного канала, УПЧ ведомого приемного канала, АЦП ведомого приемного канала, гетеродин, фазовый детектор, контроллер вычисления координаты постановщика радиопомех.

Сущность изобретения поясняется рисунком.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех.

Устройство для пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех состоит из антенной решетки, имеющей антенные элементы А₀, A₁, А₂, А₃, А₄, А₅, А₆, блоков диаграммообразующих множителей w₁, w₂, w₃, w₄, w₅, w₆, контроллера ФАР Контроллер 1, сумматора Σ, коммутатора, гетеродина Г1, ведущего приемного канала, в который входят смеситель ведущего приемного канала См 1, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) ведущего приемного канала УПЧ 1, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ведущего приемного канала АЦП 1, ведомого приемного канала, в который входят смеситель ведомого приемного канала См 2, УПЧ ведомого приемного канала УПЧ 2, АЦП ведомого приемного канала АЦП 2, фазовый детектор ФД, контроллер вычисления координаты постановщика радиопомех Контроллер 2.

Антенная решетка, имеющая антенные элементы А₀, A₁, А₂, A₃, А₄, А₅, А₆, выполнена в виде кольцевой фазированной антенной решетки, у которой в центре кольца размещен ведущий антенный элемент А₀, а на расстоянии r, равном половине длины помехового сигнала, по кругу на равном расстоянии друг от друга - ведомые антенные элементы A₁, А₂, А₃, А₄, А₅, А₆.

Устройство для пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех имеет следующую связь между элементами. Выход ведущего антенного элемента А₀ соединен с нулевым входом блока сумматора и с одним из входов смесителя ведущего приемного канала См 1. Выход ведомого антенного элемента A₁ соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₁ и с первым входом коммутатора. Выход ведомого антенного элемента А₂ соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₂ и со вторым входом коммутатора. Выход ведомого антенного элемента А₃ соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₃ и с третьем входом коммутатора. Выход ведомого антенного элемента А₄ соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₄ и с четвертым входом коммутатора. Выход ведомого антенного элемента А₅ соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₅ и с пятым входом коммутатора. Выход ведомого антенного элемента А₆ соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₆ и с шестым входом фазового коммутатора. Первый выход контроллера ФАР Контроллер 1 соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя, выход которого соединен с первым входом сумматора Σ. Второй выход контроллера ФАР Контроллер 1 соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₂, выход которого соединен со вторым входом сумматора Σ. Третий выход контроллера ФАР Контроллер 1 соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₃, выход которого соединен с третьим входом сумматора Σ. Четвертый выход контроллера ФАР Контроллер 1 соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₄, выход которого соединен с четвертым входом сумматора Σ. Пятый выход контроллера ФАР Контроллер 1 соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя w₅, выход которого соединен с пятым входом сумматора Σ. Шестой выход контроллера ФАР Контроллер 1 соединен с одним из входов блока диаграммообразующего множителя W₆, выход0 которого соединен с шестым входом сумматора Е. Выход коммутатора соединен с одним из входов смесителя ведомого приемного канала См 2. Выход гетеродина Г1соединен с одним из входов смесителя ведущего приемного канала См 1 и с одним из входов смесителя ведомого приемного канала См 2. Выход смесителя ведущего приемного канала См 1 соединен с входом УПЧ 1. Выход УПЧ 1 соединен с входом АЦП 1 выход, которого соединен с одним из входов фазового детектора ФД. Выход смесителя ведомого приемного канала См 2 соединен с входом УПЧ 2. Выход УПЧ 2 соединен с входом АЦП 2 выход, которого соединен с одним из входов фазового детектора ФД. Выход фазового детектора ФД соединен с входом контроллера вычисления координаты постановщика радиопомех Контроллер 2. Один из выходов контроллера вычисления координаты постановщика радиопомех Контроллер 2 соединен с контроллером ФАР Контроллер 1, другой выход соединен с входом коммутатора, имеющим возможность переключать соединение между антенными элементами A₁, А₂, А₃, А₄, А₅, А₆ и смесителем ведомого приемного канала См 2. Выход сумматора Е соединен с входом навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы НАП ГНСС (на фиг. не показано).

Работа устройства для пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех осуществляется следующим образом.

Выходной сигнал ведущего антенного элемента А₀ поступает на один из входов смесителя ведущего приемного канала См 1. На другой вход смесителя канала См 1 поступает сигнал гетеродина Г1, общего для ведущего и ведомого приемных каналов. Смеситель ведущего приемного канала См 1 переносит поступающий сигнал на промежуточную частоту и подает его на вход усилителя промежуточной частоты УПЧ 1. Выходной сигнал усилителя промежуточной частоты УПЧ 1 поступает в аналого-цифровой преобразователь АЦП 1 и далее на вход 1 фазового дискриминатора ФД.

Коммутатор К последовательно по командам, поступающим от контроллера К2, подключает ко входу 1 смесителя См 2 выходы антенн A₁…A_i…A₆. Смеситель См 2 переносит поступающий сигнал на промежуточную частоту и подает его на вход усилителя промежуточной частоты УПЧ 2. Выходной сигнал усилителя промежуточной частоты УПЧ 2 поступает в аналого-цифровой преобразователь АЦП 2 и далее на один из входов фазового дискриминатора ФД.

Фазовый дискриминатора ФД последовательно определяет разность начальных фаз ψ₁…ψ_i…ψ_N сигнала на выходе АЦП 1 и сигнала на выходе АЦП 2 при подключении ко входу См 2 последовательно выхода антенны A₁…A_i…А₆. Полученные значения ψ₁…ψ_i…ψ_N поступают на вход контроллера К2.

Контроллер К2 рассчитывает угол места ε и азимутальный угол α источника радиопомех. В случае подавления НАП ГНСС отношение помеха/сигнал и помеха/шум на входе приемного устройства составляет 30-40 дБ. Поэтому допустимо определение угла места ε и азимутального угла α источника радиопомех посредством решения системы уравнений вида

В общем случае координаты постановщика радиопомех определяют с использованием методов статистической радиотехники [1-3].

Полученные значения ε и α поступают на вход контроллера К1.

Контроллер К1 рассчитывает комплексные диаграммообразующие множители w₁…w_i…w₆ посредством решения системы уравнений

В выражении (5) через G_n обозначены желаемые уровни диаграммы направленности в направлении, характеризуемом азимутальным углом α_n и углом места ε_n. При этом в направлении прихода радиопомех, выдаваемом контроллером К2, целесообразно принять желаемое значение диаграммы направленности равным нулю, а в направлении прихода сигнала от НКА - единице.

Блоки диаграммообразующих множителей w₁, w₂, w₃, w₄, w₅, w₆ образуют произведения выходных сигналов антенн x₁…x_i…х₆ и комплексных весовых коэффициентов умножителей w₁…w_i…w₆, и подают их на входы сумматора Σ. На выходе сумматора Σ появляется выходной сигнал

который поступает на вход приемного устройства НАП ГНСС.

Согласно (2), в выходном сигнале сумматора (3) отсутствует радиопомеха, так как уровень диаграммы направленности ФАР в направлении ее прихода задан равным нулю, а сигналы НКА поступают на вход приемника НАП ГНСС без искажения их взаимной фазовой структуры. Этим достигается пространственная селекция сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех.

Для функционирования предложенного устройства не требуется опорный сигнал, совпадающий по структуре и начальной фазе с сигналами НКА. Поэтому устройство обеспечивает пространственную селекцию сигналов НКА при работе НАП ГНСС как в режиме автоматического сопровождения этих сигналов, так и в режиме их поиска и захвата на автоматическое сопровождение.

Литература

1. Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. Перевод с английского под ред. В.А. Лексаченко. - М.: Изд. «Радио и связь », 1986, 448 с: ил. - с. 13.

2. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Рембовский А.М., Сергиенко А.Р. Технические характеристики и особенности построения автоматических радиопеленгаторов семейства «Артикул» // Спецтехника и связь - 2008 - №2 - с. 26-35.

3. Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / Под ред. A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия-Телеком. 2006. - 492 с.

Изобретение относится к спутниковой радионавигации, а именно к устройству, обеспечивающему повышение устойчивости навигационной аппаратуры потребителей (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), размещаемой на наземных мобильных средствах, к воздействию радиопомех посредством пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) с использованием управляемой фазированной антенной решетки (ФАР), подключаемой к входу приемного устройства НАП ГНСС. Технический результат: достигается пространственная селекция сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех. Для функционирования предложенного устройства не требуется опорный сигнал, совпадающий по структуре и начальной фазе с сигналами НКА. Поэтому устройство обеспечивает пространственную селекцию сигналов НКА при работе НАП ГНСС как в режиме автоматического сопровождения этих сигналов, так и в режиме их поиска и захвата на автоматическое сопровождение. Достигается тем, что в известное устройство ФАР состоящее из антенной решетки, имеющей антенные элементы, блоков диаграммообразующих множителей, блока сумматора, блока контроллера ФАР и выхода к НАП ГНСС, дополнительно введены коммутатор, ведущий приемный канал, состоящий из смесителя ведущего приемного канала, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) ведущего приемного канала, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ведущего приемного канала, ведомый приемный канал, состоящий из смесителя ведомого приемного канала, УПЧ ведомого приемного канала, АЦП ведомого приемного канала, гетеродин, фазовый детектор, контроллер вычисления координаты постановщика радиопомех. В выходном сигнале сумматора отсутствует радиопомеха, так как уровень диаграммы направленности ФАР в направлении ее прихода задан равным нулю, а сигналы НКА поступают на вход приемника НАП ГНСС без искажения их взаимной фазовой структуры. 1 ил.

Устройство для пространственной селекции сигналов навигационных космических аппаратов с использованием пеленгования источников радиопомех, состоящее из антенной решетки, имеющей антенные элементы, один из которых ведущий, а остальные ведомые, блоков диаграммообразующих множителей, блока сумматора, блока контроллера фазированной антенной решетки (ФАР) и выхода к навигационной аппаратуре потребителя (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), имеющие между собой связь: выход ведущего антенного элемента соединен с одним из входов блока сумматора, выходы других ведомых антенных элементов соединены с одним из входов своего блока диаграммообразующего множителя, каждый выход контролера ФАР соединен с одним из входов соответствующего ему блока диаграммообразующего множителя, выход блока диаграммообразующего множителя соединен с соответствующим ему входом блока сумматора, выход блока сумматора соединен с входом НАП ГНСС, отличающееся тем, что дополнительно введены фазовый коммутатор, ведущий приемный канал, состоящий из смесителя ведущего приемного канала, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) ведущего приемного канала, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ведущего приемного канала, ведомый приемный канал, состоящий из смесителя ведомого приемного канала, УПЧ ведомого приемного канала, АЦП ведомого приемного канала, гетеродина, фазового детектора, контроллер вычисления координаты постановщика радиопомех, имеющие между собой связи: выход ведущего антенного элемента дополнительно соединен с одним из входов смесителя ведущего приемного канала, выходы других ведомых антенных элементов соединены с соответствующим входом коммутатора, выход коммутатора соединен с одним из входов смесителя ведомого приемного канала, выход гетеродина соединен с одним из входов смесителя ведущего приемного канала и с одним из входов смесителя ведомого приемного канала, выход смесителя ведущего приемного канала соединен с входом УПЧ ведущего приемного канала, выход которого соединен с входом АЦП ведущего приемного канала, выход которого соединен с одним из входов фазового детектора, выход смесителя ведомого приемного канала соединен с входом УПЧ ведомого приемного канала, выход которого соединен с входом АПЦ ведомого приемного канала, выход которого соединен с одним из входов фазового детектора, выход фазового детектора соединен с входом контроллера вычисления координаты поставщика радиопомех, у которого один из выходов соединен с контроллером ФАР, другой из выходов соединен с одним из входов коммутатора.