Устройство для определения пеленга и дальности до источника сигналов Российский патент 2017 года по МПК G01S3/782 G01S3/802 G01S5/22 G01V11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам.

Известно устройство для определения направления [1], содержащее электроннолучевую трубку, последовательно соединенные первые магнитную антенну, полосовой фильтр, усилитель, синхронный детектор и формирователь сигналов, последовательно соединенные вторые магнитную антенну, полосовой фильтр, усилитель, синхронный детектор и формирователь сигналов, последовательно соединенные электрическую антенну, третий полосовой фильтр, третий усилитель, фазовращатель и ограничитель, причем выход последнего подключен ко вторым входам первого и второго синхронных детекторов, а выходы формирователей сигналов подключены к электроннолучевой трубке.

Это устройство не обеспечивает возможности оценки дальности до источников сигналов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения пеленга и дальности до источника сигналов [2] (комбинированная система грозоопределения, состоящая из инфразвукового комплекса и электрической антенны), содержащее три микробарометра, инфразвуковой микрофон и электростатический флюксметр, подключенные через аналого-цифровые преобразователи (АЦП), к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ или микропроцессору). В прототипе местоположение источника сигнала определяется по результатам дальнейшей обработки оператором записанных сигналов. Для определения азимута используются разности времени прихода инфразвуковых сигналов на не менее чем на три микробарометра, разнесенные друг от друга более чем на 90 метров (трехпозиционная система регистрации), а для определения дальности используется разность времени прихода сигналов на электростатический флюксметр и инфразвуковой микрофон (или микробарометры). Недостатками прототипа являются большая погрешность при использовании его на однопозиционном пункте наблюдения или на средстве передвижения и низкая помехоустойчивость устройства из-за использования электрической компоненты сигнала, а также при наличии мешающих сигналов, поступающих с других азимутов.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является уменьшение погрешности при использовании на однопозиционном пункте наблюдения или на средстве передвижения и увеличение помехоустойчивости устройства при наличии мешающих сигналов, поступающих с других азимутов.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения пеленга и дальности до источника сигналов, содержащее первую антенну, первый и второй микробарометры, а также пять аналого-цифровых преобразователей (АЦП), подключенных к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ), дополнительно содержит блок системы единого времени и блок связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ, последовательно соединенные первый усилитель, первый фильтр, второй усилитель, первый пороговый блок и схему ИЛИ, последовательно соединенные вторую антенну, третий усилитель, второй фильтр, четвертый усилитель и второй пороговый блок, последовательно соединенные третью антенну, пятый усилитель, третий фильтр, шестой усилитель и третий пороговый блок, последовательно соединенные седьмой усилитель, четвертый фильтр, восьмой усилитель, пятый фильтр, четвертый пороговый блок и первую схему И, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и первый калибратор, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные третий ЦАП и третий калибратор, последовательно соединенные четвертый ЦАП и четвертый калибратор, последовательно соединенные пятый ЦАП и первый формирователь, последовательно соединенные шестой ЦАП и второй формирователь, последовательно соединенные первый таймер, вторую схему И и первый счетчик, последовательно соединенные девятый усилитель, шестой фильтр, десятый усилитель, седьмой фильтр, пятый пороговый блок и третью схему И, последовательно соединенные седьмой ЦАП и пятый калибратор, последовательно соединенные восьмой ЦАП и третий формирователь, последовательно соединенные второй таймер, четвертую схему И и второй счетчик, а также первый тактовый генератор, подключенный ко вторым входам второй и четвертой схем И, третий и четвертый таймеры, последовательно соединенные аналоговые первый квадратор, сумматор, первый делитель, шестой пороговый блок и пятую схему И, последовательно соединенные пятый таймер, шестую схему И и третий счетчик, а также шестой АЦП, второй тактовый генератор, подключенный ко второму входу шестой схемы И, и аналоговые второй и третий квадраторы, подключенные входами, соответственно, ко второму и третьему фильтрам, а выходами подключенные, соответственно, ко второму входу сумматора и ко второму входу первого делителя, последовательно соединенные второй делитель, корректор нелинейности, первый блок вычисления модуля, блок вычитания, второй блок вычисления модуля, седьмой пороговый блок и инверсный вход седьмой схемы И, последовательно соединенные ключ, запоминающее устройство и третий блок вычисления модуля, подключенный ко второму входу блока вычитания, последовательно соединенные восьмую схему И и одновибратор, подключенный к управляющему входу ключа, а также седьмой АЦП и блок сравнения знаков, подключенный входами к корректору нелинейности и к запоминающему устройству, а выходом подключенный ко второму входу седьмой схемы И, причем первая, вторая и третья антенны выполнены магнитными и размещены взаимно перпендикулярно друг к другу, первый, второй и третий формирователи выполнены в виде сглаживающего звена с усилителем мощности, корректор нелинейности выполнен в виде усилителя с автоматической регулировкой усиления, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой пороговые блоки выполнены с управлением по порогу, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой фильтры выполнены с управлением по полосе пропускания, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый усилители выполнены с управлением по фазе и чувствительности, первый, второй, третий, четвертый и пятый таймеры выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый, второй и третий блоки вычисления модуля выполнены в виде инверсных усилителей с диодами для преобразования сигналов любой полярности в сигналы положительной полярности, первая схема И подключена вторым входом к первому таймеру, третьим входом подключена к третьему таймеру, а выходом подключена ко входу останова первого счетчика, третья схема И подключена вторым входом ко второму таймеру, третьим входом подключена к четвертому таймеру, а выходом подключена ко входу останова второго счетчика, пятая схема И подключена вторым входом к пятому таймеру, а выходом подключена ко входу останова третьего счетчика, шестой АЦП подключен входом к выходу первого делителя, а выходом подключен к ПЭВМ, седьмой АЦП подключен входом к выходу корректора нелинейности, а выходом подключен к ПЭВМ, схема ИЛИ подключена вторым и третьим входами, соответственно, ко второму и третьему пороговым блокам, а выходом подключена к ПЭВМ и к первому, второму и пятому таймерам, первый квадратор подключен к выходу первого фильтра, первая антенна подключена к первому усилителю, первый микробарометр подключен выходом к седьмому усилителю, а входом акустически связан с четвертым калибратором, второй микробарометр подключен выходом к девятому усилителю, а входом акустически связан с пятым калибратором, первый формирователь подключен к управляющим входам первого, второго и третьего фильтров, второй формирователь подключен к управляющим входам четвертого и пятого фильтров, третий формирователь подключен к управляющим входам шестого и седьмого фильтров, входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого АЦП подключены, соответственно, к первому, второму, третьему, четвертому и шестому фильтрам, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей антеннам, восьмая схема И подключена первым входом к схеме ИЛИ, а инверсным входом подключена к пятому таймеру, второй делитель подключен входами к первому и второму фильтрам, вход ключа подключен к корректору нелинейности, выход седьмой схемы И подключен к третьему входу пятой схемы И, а входы всех ЦАП, управляющие входы всех усилителей, управляющие входы всех пороговых блоков, выходы первого, второго и третьего счетчиков, выходы и управляющие входы первого, второго и пятого таймеров, а также входы запуска и управляющие входы третьего и четвертого таймеров подключены к ПЭВМ.

Такое выполнение устройства для определения пеленга и дальности до источника сигналов обеспечивает уменьшение погрешности при использовании на однопозиционном пункте наблюдения или на средстве передвижения и увеличение помехоустойчивости устройства при наличии мешающих сигналов, поступающих с других азимутов.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Принятые обозначения:

1 - первая антенна, 2 - первый микробарометр, 3 - второй микробарометр, 4 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 5 - второй АЦП, 6 - третий АЦП, 7 - четвертый АЦП, 8 - пятый АЦП, 9 - персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), 10 - блок системы единого времени, 11 - блок связи с абонентами, 12 - первый усилитель, 13 - первый фильтр, 14 - второй усилитель,15 - первый пороговый блок, 16 - схема ИЛИ, 17 - вторая антенна, 18 - третий усилитель, 19 - второй фильтр, 20 - четвертый усилитель, 21 - второй пороговый блок, 22 - третья антенна, 23 - пятый усилитель, 24 - третий фильтр, 25 - шестой усилитель, 26 - третий пороговый блок, 27 - седьмой усилитель, 28 - четвертый фильтр, 29 - восьмой усилитель, 30 - пятый фильтр, 31 - четвертый пороговый блок, 32 - первая схема И, 33 - первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), 34 - первый калибратор, 35 - второй ЦАП, 36 - второй калибратор, 37 - третий ЦАП, 38 - третий калибратор, 39 - четвертый ЦАП, 40 - четвертый калибратор, 41 - пятый ЦАП, 42 - первый формирователь, 43 - шестой ЦАП, 44 - второй формирователь, 45 - первый таймер, 46 - вторая схема И, 47 - первый счетчик, 48 - девятый усилитель, 49 - шестой фильтр, 50 - десятый усилитель, 51 - седьмой фильтр, 52 - пятый пороговый блок, 53 - третья схема И, 54 - седьмой ЦАП, 55 - пятый калибратор, 56 - восьмой ЦАП, 57 - третий формирователь, 58 - второй таймер, 59 - четвертая схема И, 60 - второй счетчик, 61 - первый тактовый генератор, 62 - третий таймер, 63 - четвертый таймер, 64 - первый квадратор, 65 - сумматор, 66 - первый делитель, 67 - шестой пороговый блок, 68 - пятая схема И, 69 - пятый таймер, 70 - шестая схема И, 71 - третий счетчик, 72 - шестой АЦП, 73 - второй тактовый генератор, 74 - второй квадратор, 75 - третий квадратор, 76 - второй делитель, 77 - корректор нелинейности, 78 - первый блок вычисления модуля, 79 - блок вычитания, 80 - второй блок вычисления модуля, 81 - седьмой пороговый блок, 82 - седьмая схема И, 83 - ключ, 84 - запоминающее устройство, 85 - третий блок вычисления модуля, 86 - восьмая схема И, 87 - одновибратор, 88 - седьмой АЦП, 89 - блок сравнения знаков.

Устройство для определения пеленга и дальности до источника сигналов содержит первую антенну 1, первый микробарометр 2, и второй микробарометр 3, а также первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, второй АЦП 5, третий АЦП 6, четвертый АЦП 7, и пятый АЦП 8, подключенные к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ) 9, блок 10 системы единого времени и блок 11 связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ 9, последовательно соединенные первый усилитель 12, первый фильтр 13, второй усилитель 14, первый пороговый блок 15 и схему ИЛИ 16, последовательно соединенные вторую антенну 17, третий усилитель 18, второй фильтр 19, четвертый усилитель 20 и второй пороговый блок 21, последовательно соединенные третью антенну 22, пятый усилитель 23, третий фильтр 24, шестой усилитель 25 и третий пороговый блок 26, последовательно соединенные седьмой усилитель 27, четвертый фильтр 28, восьмой усилитель 29, пятый фильтр 30, четвертый пороговый блок 31 и первую схему И 32, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 33 и первый калибратор 34, последовательно соединенные второй ЦАП 35 и второй калибратор 36, последовательно соединенные третий ЦАП 37 и третий калибратор 38, последовательно соединенные четвертый ЦАП 39 и четвертый калибратор 40, последовательно соединенные пятый ЦАП 41 и первый формирователь 42, последовательно соединенные шестой ЦАП 43 и второй формирователь 44, последовательно соединенные первый таймер 45, вторую схему И 46 и первый счетчик 47, последовательно соединенные девятый усилитель 48, шестой фильтр 49, десятый усилитель 50, седьмой фильтр 51, пятый пороговый блок 52 и третью схему И 53, последовательно соединенные седьмой ЦАП 54 и пятый калибратор 55, последовательно соединенные восьмой ЦАП 56 и третий формирователь 57, последовательно соединенные второй таймер 58, четвертую схему И 59 и второй счетчик 60, а также первый тактовый генератор 61, подключенный ко вторым входам второй и четвертой схем И 46, 59, третий таймер 62 и четвертый таймер 63, последовательно соединенные аналоговые первый квадратор 64, сумматор 65, первый делитель 66, шестой пороговый блок 67 и пятую схему И 68, последовательно соединенные пятый таймер 69, шестую схему И 70 и третий счетчик 71, а также шестой АЦП 72, второй тактовый генератор 73, подключенный ко второму входу шестой схемы И 70, и аналоговые второй квадратор 74 и третий квадратор 75, подключенные входами, соответственно, ко второму и третьему фильтрам 19, 24, а выходами подключенные, соответственно, ко второму входу сумматора 65 и ко второму входу первого делителя 66, последовательно соединенные второй делитель 76, корректор 77 нелинейности, первый блок вычисления модуля 78, блок вычитания 79, второй блок вычисления модуля 80, седьмой пороговый блок 81 и инверсный вход седьмой схемы И 82, последовательно соединенные ключ 83, запоминающее устройство 84 и третий блок вычисления модуля 85, подключенный ко второму входу блока вычитания 79, последовательно соединенные восьмую схему И 86 и одновибратор 87, подключенный к управляющему входу ключа 83, а также седьмой АЦП 88 и блок сравнения знаков 89, подключенный входами к корректору 77 нелинейности и к запоминающему устройству 84, а выходом подключенный ко второму входу седьмой схемы И 82, причем первая, вторая и третья антенны 1, 17, 22 выполнены магнитными и размещены взаимно перпендикулярно друг к другу, первый, второй и третий формирователи 42, 44, 57 выполнены в виде сглаживающего звена с усилителем мощности, корректор 77 нелинейности выполнен в виде усилителя с автоматической регулировкой усиления, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой пороговые блоки 15, 21, 26, 31, 52, 67, 81 выполнены с управлением по порогу, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой фильтры 13, 19, 24, 28, 30, 49, 51 выполнены с управлением по полосе пропускания, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый усилители 12, 14, 18, 20, 23, 25, 27, 29, 48, 50 выполнены с управлением по фазе и чувствительности, первый, второй, третий, четвертый и пятый таймеры 45, 58, 62, 63, 69 выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый, второй и третий блоки вычисления модуля 78, 80, 85 выполнены в виде инверсных усилителей с диодами для преобразования сигналов любой полярности в сигналы положительной полярности, первая схема И 32 подключена вторым входом к первому таймеру 45, третьим входом подключена к третьему таймеру 62, а выходом подключена ко входу останова первого счетчика 47, третья схема И 53 подключена вторым входом ко второму таймеру 58, третьим входом подключена к четвертому таймеру 63, а выходом подключена ко входу останова второго счетчика 60, пятая схема И 68 подключена вторым входом к пятому таймеру 69, а выходом подключена ко входу останова третьего счетчика 71, шестой АЦП 72 подключен входом к выходу первого делителя 66, а выходом подключен к ПЭВМ 9, седьмой АЦП 88 подключен входом к выходу корректора 77 нелинейности, а выходом подключен к ПЭВМ 9, схема ИЛИ 16 подключена вторым и третьим входами, соответственно, ко второму и третьему пороговым блокам 21, 26, а выходом подключена к ПЭВМ 9 и к первому, второму и пятому таймерам 45, 58, 69, первый квадратор 64 подключен к выходу первого фильтра 13, первая антенна 1 подключена к первому усилителю 12, первый микробарометр 2 подключен выходом к седьмому усилителю 27, а входом акустически связан с четвертым калибратором 40, второй микробарометр 3 подключен выходом к девятому усилителю 48, а входом акустически связан с пятым калибратором 55, первый формирователь 42 подключен к управляющим входам первого, второго и третьего фильтров 13, 19, 24, второй формирователь 44 подключен к управляющим входам четвертого и пятого фильтров 28, 30, третий формирователь 57 подключен к управляющим входам шестого и седьмого фильтров 49, 51, входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого АЦП 4, 5, 6, 7, 8 подключены, соответственно, к первому, второму, третьему, четвертому и шестому фильтрам 13, 19, 24, 28, 49, выходы первого, второго и третьего калибраторов 34, 36, 38 подключены, соответственно, к первой, второй и третьей антеннам 1, 17, 22, восьмая схема И 86 подключена первым входом к схеме ИЛИ 16, а инверсным входом подключена к пятому таймеру 69, второй делитель 76 подключен входами к первому и второму фильтрам 13, 19, вход ключа 83 подключен к корректору 77 нелинейности, выход седьмой схемы И 82 подключен к третьему входу пятой схемы И 68, а входы всех ЦАП, управляющие входы всех усилителей, управляющие входы всех пороговых блоков, выходы первого, второго и третьего счетчиков 47, 60, 71, выходы и управляющие входы первого, второго и пятого таймеров 45, 58, 69, а также входы запуска и управляющие входы третьего и четвертого таймеров 62, 63 подключены к ПЭВМ 9.

Устройство для определения пеленга и дальности до источника сигналов, установленное на однопозиционном пункте наблюдения и регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ) с двумя точками регистрации инфразвука работает следующим образом. При возникновении, например, молниевого разряда сначала на пункт наблюдения приходит ЭМИ. Токи, наведенные в магнитной первой антенне 1, магнитной второй антенне 17 и магнитной третьей антенне 22 от источника сигналов, через первый, третий и пятый усилители 12, 18, 23, первый, второй и третий фильтры 13, 19, 24 и первый, второй и третий АЦП 4, 5, 6 поступают в ПЭВМ 9, где начинается цикл обработки информации при превышении сигналом от любой из трех антенн заданного ему порогового значения. Принятые сигналы ортогональных антенн, установленных, например, на первой точке регистрации, так, что первая антенна ориентирована максимумом диаграммы направленности на вторую точку регистрации, используются для определения известными способами [3] угла α прихода сигнала на первую точку регистрации, т.е. угла между направлением из первой точки регистрации на источник сигналов и направлением из первой точки регистрации на вторую точку регистрации, например, по формуле:

,

где A₁, A₂ - амплитуды сигналов средней частоты, поступающих в ПЭВМ 9 из второго и первого АЦП 5, 4, соответственно.

Одновременно с выхода первого фильтра 13 сигналы поступают через второй усилитель 14 на первый пороговый блок 15, с выхода второго фильтра 19 сигналы поступают через четвертый усилитель 20 на второй пороговый блок 21, а с выхода третьего фильтра 24 сигналы поступают через шестой усилитель 25 на третий пороговый блок 26. При превышении сигналами значений, заданных ПЭВМ 9, на выходах первого, второго и третьего пороговых блоков 15, 21, 26 формируются логические единицы, поступающие на схему ИЛИ 16, выходной сигнал которой запускает первый, второй и пятый таймеры 45, 58, 69. Выходные сигналы таймеров 45, 58 разрешают прохождение импульсов от первого тактового генератора 61 через вторую схему И 46 на первый счетчик 47 и подготавливают первую схему И 32, а также через четвертую схему И 59 на второй счетчик 60 и подготавливают третью схему И 53, а выходные сигналы пятого таймера 69 разрешают прохождение импульсов от второго тактового генератора 73 через шестую схему И 70 на третий счетчик 71 и подготавливают пятую схему И 68. Таким образом, начинается отсчет времени с момента прихода на пункт наблюдения электромагнитного излучения (ЭМИ) зарегистрированного явления, например, грозового разряда. Сопутствующая этому явлению инфразвуковая волна приходит позднее на первую и вторую точки регистрации инфразвука, находящиеся на пункте наблюдения, принимается первым и вторым микробарометрами 2 и 3, выходные сигналы которых поступают в ПЭВМ 9, соответственно, через седьмой усилитель 27, четвертый фильтр 28 и четвертый АЦП 7 и через девятый усилитель 48, шестой фильтр 49 и пятый АЦП 8. Кроме того, выходные сигналы первого и второго микробарометров 2, 3, поступают, соответственно, через восьмой усилитель 29 и пятый фильтр 30 на четвертый пороговый блок 31, и через десятый усилитель 50 и седьмой фильтр 51 на пятый пороговый блок 52. При превышении сигналом значения, заданного ПЭВМ 9, на выходе четвертого порогового блока 31 формируется логическая единица, поступающая на первую схему И 32, выходной сигнал которой, при наличии разрешающего сигнала на третьем входе от третьего таймера 62, останавливает первый счетчик 47 и фиксирует интервал времени между приходами ЭМИ и инфразвука на первую точку регистрации. Аналогично, при превышении сигналом значения, заданного ПЭВМ 9, на выходе пятого порогового блока 52 формируется логическая единица, поступающая на третью схему И 53, выходной сигнал которой, при наличии разрешающего сигнала на третьем входе от четвертого таймера 63, останавливает второй счетчик 60 и фиксирует интервал времени между приходами ЭМИ и инфразвука на вторую точку регистрации. Полученные значения интервалов времени с выходов первого и второго счетчиков 47, 60 поступают в ПЭВМ 9, где по заранее измеренному при калибровке микробарометров значению скорости инфразвука определяются расстояния A, B от точек регистрации до источника сигналов, а с учетом полученного направления ос на источник сигналов и расстояния от первой точки регистрации определяется приближенное местоположение источника сигналов. Однако реальная скорость инфразвука на трассе зависит от местности и может отличаться от скорости инфразвука, полученной при калибровке микробарометров. Для уточнения местоположения источника сигналов решается геометрическая задача нахождения сторон и углов треугольника, определяется угол β прихода сигнала на вторую точку регистрации из приближенного местоположения источника сигналов (т.е. угол между направлением из второй точки регистрации на приближенное местоположение источника сигналов и направлением из второй точки регистрации на первую точку регистрации) по известному расстоянию C между точками регистрации, углу α прихода сигнала на первую точку регистрации и расстоянию A до источника сигналов. Из полученного треугольника следует:

;

;

,

где A - расстояние от первой точки регистрации до источника сигналов,

B - расстояние от второй точки регистрации до источника сигналов,

C - расстояние между первой и второй точками регистрации,

α, β - углы прихода сигнала на первую и вторую точки регистрации,

Δt₁ - интервал времени между приходом ЭМИ и инфразвука на первую точку регистрации,

Δt₂ - интервал времени между приходом ЭМИ и инфразвука на вторую точку регистрации,

V - уточненная скорость инфразвука на трассах от источника сигналов до точек регистрации.

По уточненной скорости инфразвука и интервалу времени между приходом ЭМИ и инфразвука на первую точку регистрации определяется уточненное значение A и уточненное местоположение источника сигналов.

Для предотвращения ложных остановов первого и второго счетчиков 47, 60 от более поздних ближних сигналов, которые могут появиться за время распространения инфразвука, в ПЭВМ 9 вычисляются приближенное значение дальности [4] и ожидаемые моменты прихода инфразвука с запасом на ошибки оценки, а по показаниям первого и второго счетчиков 47, 60 в нужный момент ПЭВМ 9 открывает временное окно с помощью третьего таймера 62 для прохождения сигнала останова первого счетчика 47 и открывает временное окно с помощью четвертого таймера 63 для прохождения сигнала останова второго счетчика 60.

Вычисление приближенного значения дальности производится по разности моментов прихода прямого и отраженного от ионосферы сигналов ЭМИ [4], которая поступает в ПЭВМ 9 из третьего счетчика 71. Для этого сигналы с выходов первого и второго фильтров 13, 19 через первый и второй квадраторы 64, 74 поступают на сумматор 65, с выхода которого сигнал, пропорциональный сумме квадратов входных сигналов, поступает на первый делитель 66. На второй вход первого делителя 66 через третий квадратор 75 поступает сигнал, пропорциональный квадрату сигнала с выхода третьего фильтра 24, частное от деления которого на сумму квадратов является функцией квадрата тангенса угла наклона магнитной компоненты сигнала относительно горизонтальной плоскости. В предложенном техническом решении момент прихода отраженного сигнала определяется по изменению угла наклона магнитной компоненты сигнала. С этой целью сигнал с выхода первого делителя 66 поступает на шестой АЦП 72 и вводится в ПЭВМ 9, а также поступает через шестой пороговый блок 67 на пятую схему И 68. При отсутствии полезного сигнала с выхода схемы ИЛИ 16 логическая единица не поступает в ПЭВМ 9, не запускает пятый таймер 69 и ПЭВМ 9 поддерживает порог срабатывания, исключающий появление сигнала на выходе шестого порогового блока 67. При появлении полезного сигнала пятый таймер 69 разрешает прохождение импульсов второго тактового генератора 73 через шестую схему И 70, третий счетчик 71 начинает отсчет времени, а ПЭВМ 9 получает от шестого АЦП 72 текущее значение сигнала с выхода первого делителя 66, формирует верхнее и нижнее значения этого сигнала, засылает эти значения в виде верхнего и нижнего порогов срабатывания шестого порогового блока 67 для сравнения с последующими сигналами и поддерживает эти пороги до истечения времени наличия выходного сигнала пятого таймера 69. Если величина сигнала на выходе первого делителя 66 выходит за верхнее или нижнее значения, на выходе шестого порогового блока 67 формируется логическая единица, останавливающая третий счетчик 71 через пятую схему И 68, подготовленную пятым таймером 69. Полученное значение интервала времени с выхода третьего счетчика 71 поступает в ПЭВМ 9, где по заранее выбранному (по местным условиям) значению высоты D-слоя ионосферы определяется приближенное значение дальности R до источника сигналов.

Приближенная оценка дальности проводится по формуле [4]:

,

где R - расстояние, проходимое земной волной до источника сигнала; R₃ - радиус Земли; τ_з - время задержки пространственной волны; h - заданная эффективная высота ионосферного слоя D; c - скорость света.

Для защиты от помех, принятых с других азимутов, сигналы с выходов первого фильтра 13 и второго фильтра 19, поступают на второй делитель 76, где вычисляется отношение амплитуд сигналов второй антенны 17 и первой антенны 1,

tgα = A_y/A_x,

где α - угол прихода сигнала, соответствующий азимуту; A_x, A_y - амплитуды сигналов магнитных антенн, ориентированных на Север-Юг и Запад-Восток.

В момент появления сигнала на выходе восьмой схемы И 86 формируется логическая единица, которая запускает одновибратор 87 и снимается выходным сигналом пятого таймера 69. Одновибратор 87 открывает ключ 83 и сигнал с выхода второго делителя 76 через корректор 77 нелинейности поступает на запоминающее устройство 84 для сравнения с последующими сигналами, а ПЭВМ 9 формирует и засылает верхний и нижний пороги срабатывания седьмого порогового блока 81, для сравнения с последующими сигналами, и поддерживает эти пороги до истечения времени выходного сигнала пятого таймера 69. Корректор 77 нелинейности введен для расширения диапазона дальнейшего сравнения амплитуд сигналов из-за специфики аналогового вычисления tgα при делении на ноль и обменивается сигналами со вторым делителем 76 для обеспечения нелинейной амплитудной характеристики. По окончании сигнала одновибратора 87 ключ 83 закрывается и сигналы с выхода второго делителя 76 через корректор 77 нелинейности и первый блок вычисления модуля 78 поступают на вход блока вычитания 79, на другом входе которого присутствует сигнал, поступающий через третий блок вычисления модуля 85 с выхода запоминающего устройства 84. Разность сигналов поступает на второй блок вычисления модуля 80 и модуль разности сигналов поступает на вход седьмого порогового блока 81. При отсутствии полезного сигнала с выхода схемы ИЛИ 16 логическая единица не запускает пятый таймер 69 и ПЭВМ 9 поддерживает порог срабатывания, обеспечивающий отсутствие сигнала на выходе седьмого порогового блока 81. Если величина сигнала на выходе второго блока вычисления модуля 80 выходит за верхнее или нижнее значения, на выходе седьмого порогового блока 81 формируется логическая единица, запрещающая остановку третьего счетчика 71 через седьмую схему И 82 и пятую схему И 68, в противном случае запрет снимается. Кроме того, ПЭВМ 9 получает от седьмого АЦП 88 текущее значение сигнала с выхода корректора 77 нелинейности для коррекции порога срабатывания седьмого порогового блока 81. С выхода второго делителя 76 через корректор 77 нелинейности сигнал поступает на блок сравнения знаков 89, на втором входе которого присутствует сигнал из запоминающего устройства 84. При совпадении знаков сигналов с выхода блока сравнения знаков 89 на второй вход седьмой схемы И 82 поступает логическая единица. Таким образом, для всех последующих сигналов проверяется не только модуль, но и знак tgα, и, если он совпадает со знаком запомненного значения, и нет запрещающего сигнала с выхода седьмого порогового блока 81, то сигналы на входах седьмой схемы И 82 разрешают прохождение сигнала с выхода шестого порогового блока 67, который останавливает третий счетчик 71 через пятую схему И 68, в противном случае сигнал далее в ПЭВМ 9 не обрабатывается, отсеиваются помехи, приходящие с других азимутов.

При появлении помехи, не забивающей весь рабочий диапазон частот, в ПЭВМ 9 по результатам предварительного частотного анализа формируются управляющие сигналы для диапазонов ЭМИ и инфразвука отдельно, которые подаются на пятый, шестой и восьмой ЦАП 41, 43, 56 и через первый, второй и третий формирователи 42, 44, 57 поступают на управляющие входы первого, второго и третьего фильтров 13, 19, 24 диапазона ЭМИ, а также на управляющие входы четвертого, пятого, шестого и седьмого фильтров 28, 30, 49, 51 диапазона инфразвука и вырезают из полосы пропускания участки частот помехи. Структура первого, второго и третьего формирователей 42, 44, 57 зависит от типа управления фильтров, в простейшем случае это могут быть сглаживающие звенья с усилителями мощности, если фильтры управляются напряжением. В зависимости от фона и уровня помех по сигналам из ПЭВМ 9 предварительно устанавливаются также уровни срабатывания отдельно для первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого пороговых блоков 15, 21, 26, 31, 52, 67, 81.

Требуемые амплитудные и фазовые соотношения сигналов формируются с помощью команд ПЭВМ 9, поступающих на управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого усилителей 12, 14, 18, 20, 23, 25, 27, 29, 48, 50 (например, с помощью цифровых потенциометров).

Указанные режимы работы устройства могут быть реализованы одновременно в разных комбинациях, с использованием отдельного управления для каждого усилителя, фильтра и порогового блока.

Для контроля усилительно - преобразовательных трактов предусмотрена подача калибровочных сигналов на первую, вторую и третью магнитные антенны 1, 17, 22 от, соответственно, первого, второго и третьего калибраторов 34, 36, 38, управляемых ПЭВМ 9 с помощью первого, второго и третьего ЦАП 33, 35, 37. Калибровка первого и второго микробарометров 2 и 3 осуществляется с помощью четвертого и пятого калибраторов 40, 55. Четвертый и пятый калибраторы 40, 55 являются управляемыми от ПЭВМ 9 источниками импульсного и синусоидального инфразвука, в простейшем случае это могут быть усилители мощности с динамическими громкоговорителями. Четвертый и пятый калибраторы 40, 55 установлены на расстоянии нескольких метров от первого и второго микробарометров 2, 3, соответственно, и акустически связаны с последними через окружающую среду. В процессе калибровки определяются амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) первого микробарометра 2 с седьмым усилителем 27 и четвертым фильтром 28, и второго микробарометра 3 с девятым усилителем 48 и шестым фильтром 49, а также скорость инфразвука на текущий момент. Для этого в памяти ПЭВМ 9 хранятся цифровые образы эталонных синусоидальных сигналов и импульсного сигнала, которые из ПЭВМ 9 передаются в четвертый калибратор 40 через четвертый ЦАП 39 и в пятый калибратор 55 через седьмой ЦАП 54. Для снятия АЧХ на первый и второй микробарометры 2, 3 подаются эталонные синусоидальные акустические сигналы с частотами рабочего диапазона первого и второго микробарометров 2, 3 которые преобразуются, усиливаются, фильтруются и через четвертый и пятый АЦП 7, 8 поступают в ПЭВМ 9, где вычисляются АЧХ. Для определения скорости инфразвука на текущий момент ПЭВМ 9 подает эталонный импульсный сигнал на четвертый и пятый калибраторы 40, 55 и одновременно запускает третий и четвертый таймеры 62, 63, а через первый и второй таймеры 45, 58 запускает первый и второй счетчики 47, 60, которые начинают отсчет времени прохождения инфразвуком известных расстояний между четвертым калибратором 40 и первым микробарометром 2 и между пятым калибратором 55 и вторым микробарометром 3. Выходной сигнал первого микробарометра 2 через седьмой усилитель 27, четвертый фильтр 28, а также через восьмой усилитель 29 и пятый фильтр 30 поступает на четвертый пороговый блок 31 и первую схему И 32 и останавливает первый счетчик 47. Выходной сигнал второго микробарометра 3 через девятый усилитель 48, шестой фильтр 49, а также через десятый усилитель 50 и седьмой фильтр 51 поступает на пятый пороговый блок 52 и третью схему И 53 и останавливает второй счетчик 60. Полученные значения интервалов времени с выходов первого и второго счетчиков 47, 60 поступают в ПЭВМ 9, где по известным расстояниям между четвертым калибратором 40 и первым микробарометром 2 и между пятым калибратором 55 и вторым микробарометром 3 определяется скорость инфразвука на текущий момент для расчета расстояния до источника сигнала.

Вместо инфразвука могут быть использованы сейсмические колебания, сопутствующие ЭМИ. В этом случае вместо микробарометров 2, 3 устанавливаются сейсмометры и устройство работает так же, как и с инфразвуком.

Информация, полученная в процессе работы, привязывается к единому времени с помощью блока 10 системы единого времени (GPS или Глонасс), и передается по назначению с помощью блока 11 связи с абонентами.

Таким образом, предлагаемое устройство для определения пеленга и дальности до источника сигналов в сравнении с прототипом обеспечивает уменьшение погрешности при использовании на однопозиционном пункте наблюдения или на средстве передвижения и увеличение помехоустойчивости устройства при наличии мешающих сигналов, поступающих с других азимутов.

Источники информации

1. Забытая радиометеорология. В. Поляков, журнал Радио, 2004, номер 7, стр. 29-30, http://detect-ufo.narod.ru/pribor/detect_radio/pelengatr_01.html; http://www.chipinfo.ru/literature/radio/200407/p29-30.html.

2. Электромагнитная акустическая система обнаружения грозовых разрядов. К.В. Вознесенская, A.В. Соловьев, И.С. Гибанов, Д.С. Провоторов, М.В. Чепчугов, А.А. Бочаров, Вестник науки Сибири. Серия Инженерные науки 2012. №5 (6), стр. 70-75, http://sjs.tpu.ru/journal/article/view/510/420, УДК 534.321.8.

3. Широкополосное двухкомпонентное приемное антенное устройство (патент РФ №2474014 CI, H01Q 7/04, 2011 г., опубл. 27.01.2013).

4. Анализ методов и средств пассивной радиолокации грозовых очагов. Павел Трусковский, Proceedings of International Conference RelStat'04, Part 3, стр.431-437, Институт транспорта и связи, Ломоносова 1, Рига, LV-1019, Латвия. http://www.tsi.lv/sites/default/files/editor/science/Research_journals/Tr_Tel/2005/V3/art10.pdf.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Предложено устройство для определения пеленга и дальности до источника сигнала, содержащее первую антенну, первый и второй микробарометры, а также пять аналого-цифровых преобразователей (АЦП), подключенных к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ), дополнительно содержащее блок системы единого времени и блок связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ, последовательно соединенные первый усилитель, первый фильтр, второй усилитель, первый пороговый блок и схему ИЛИ, последовательно соединенные вторую антенну, третий усилитель, второй фильтр, четвертый усилитель и второй пороговый блок, последовательно соединенные третью антенну, пятый усилитель, третий фильтр, шестой усилитель и третий пороговый блок, последовательно соединенные седьмой усилитель, четвертый фильтр, восьмой усилитель, пятый фильтр, четвертый пороговый блок и первую схему И, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и первый калибратор, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные третий ЦАП и третий калибратор, последовательно соединенные четвертый ЦАП и четвертый калибратор, последовательно соединенные пятый ЦАП и первый формирователь, последовательно соединенные шестой ЦАП и второй формирователь, последовательно соединенные первый таймер, вторую схему И и первый счетчик, последовательно соединенные девятый усилитель, шестой фильтр, десятый усилитель, седьмой фильтр, пятый пороговый блок и третью схему И, последовательно соединенные седьмой ЦАП и пятый калибратор, последовательно соединенные восьмой ЦАП и третий формирователь, последовательно соединенные второй таймер, четвертую схему И и второй счетчик, а также первый тактовый генератор, подключенный ко вторым входам второй и четвертой схем И, третий и четвертый таймеры, последовательно соединенные аналоговые первый квадратор, сумматор, первый делитель, шестой пороговый блок и пятую схему И, последовательно соединенные пятый таймер, шестую схему И и третий счетчик, а также шестой АЦП, второй тактовый генератор, подключенный ко второму входу шестой схемы И, и аналоговые второй и третий квадраторы, подключенные входами, соответственно, ко второму и третьему фильтрам, а выходами подключенные, соответственно, ко второму входу сумматора и ко второму входу первого делителя, последовательно соединенные второй делитель, корректор нелинейности, первый блок вычисления модуля, блок вычитания, второй блок вычисления модуля, седьмой пороговый блок и инверсный вход седьмой схемы И, последовательно соединенные ключ, запоминающее устройство и третий блок вычисления модуля, подключенный ко второму входу блока вычитания, последовательно соединенные восьмую схему И и одновибратор, подключенный к управляющему входу ключа, а также седьмой АЦП и блок сравнения знаков, подключенный входами к корректору нелинейности и к запоминающему устройству, а выходом подключенный ко второму входу седьмой схемы И. Причем первая, вторая и третья антенны выполнены магнитными и размещены взаимно перпендикулярно друг к другу, первый, второй и третий формирователи выполнены в виде сглаживающего звена с усилителем мощности, корректор нелинейности выполнен в виде усилителя с автоматической регулировкой усиления, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой пороговые блоки выполнены с управлением по порогу, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой фильтры выполнены с управлением по полосе пропускания, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый усилители выполнены с управлением по фазе и чувствительности, первый, второй, третий, четвертый и пятый таймеры выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый, второй и третий блоки вычисления модуля выполнены в виде инверсных усилителей с диодами для преобразования сигналов любой полярности в сигналы положительной полярности, первая схема И подключена вторым входом к первому таймеру, третьим входом подключена к третьему таймеру, а выходом подключена ко входу останова первого счетчика, третья схема И подключена вторым входом ко второму таймеру, третьим входом подключена к четвертому таймеру, а выходом подключена ко входу останова второго счетчика, пятая схема И подключена вторым входом к пятому таймеру, а выходом подключена ко входу останова третьего счетчика, шестой АЦП подключен входом к выходу первого делителя, а выходом подключен к ПЭВМ, седьмой АЦП подключен входом к выходу корректора нелинейности, а выходом подключен к ПЭВМ, схема ИЛИ подключена вторым и третьим входами, соответственно, ко второму и третьему пороговым блокам, а выходом подключена к ПЭВМ и к первому, второму и пятому таймерам, первый квадратор подключен к выходу первого фильтра, первая антенна подключена к первому усилителю, первый микробарометр подключен выходом к седьмому усилителю, а входом акустически связан с четвертым калибратором, второй микробарометр подключен выходом к девятому усилителю, а входом акустически связан с пятым калибратором, первый формирователь подключен к управляющим входам первого, второго и третьего фильтров, второй формирователь подключен к управляющим входам четвертого и пятого фильтров, третий формирователь подключен к управляющим входам шестого и седьмого фильтров, входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого АЦП подключены, соответственно, к первому, второму, третьему, четвертому и шестому фильтрам, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей антеннам, восьмая схема И подключена первым входом к схеме ИЛИ, а инверсным входом подключена к пятому таймеру, второй делитель подключен входами к первому и второму фильтрам, вход ключа подключен к корректору нелинейности, выход седьмой схемы И подключен к третьему входу пятой схемы И, а входы всех ЦАП, управляющие входы всех усилителей, управляющие входы всех пороговых блоков, выходы первого, второго и третьего счетчиков, выходы и управляющие входы первого, второго и пятого таймеров, а также входы запуска и управляющие входы третьего и четвертого таймеров подключены к ПЭВМ. Технический результат - уменьшение погрешности при использовании на однопозиционном пункте наблюдения или на средстве передвижения и увеличение помехоустойчивости устройства при наличии мешающих сигналов, поступающих с других азимутов. 1 ил.

Устройство для определения пеленга и дальности до источника сигналов, содержащее первую антенну, первый и второй микробарометры, а также пять аналого-цифровых преобразователей (АЦП), подключенных к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ), отличающееся тем, что дополнительно содержит блок системы единого времени и блок связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ, последовательно соединенные первый усилитель, первый фильтр, второй усилитель, первый пороговый блок и схему ИЛИ, последовательно соединенные вторую антенну, третий усилитель, второй фильтр, четвертый усилитель и второй пороговый блок, последовательно соединенные третью антенну, пятый усилитель, третий фильтр, шестой усилитель и третий пороговый блок, последовательно соединенные седьмой усилитель, четвертый фильтр, восьмой усилитель, пятый фильтр, четвертый пороговый блок и первую схему И, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и первый калибратор, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные третий ЦАП и третий калибратор, последовательно соединенные четвертый ЦАП и четвертый калибратор, последовательно соединенные пятый ЦАП и первый формирователь, последовательно соединенные шестой ЦАП и второй формирователь, последовательно соединенные первый таймер, вторую схему И и первый счетчик, последовательно соединенные девятый усилитель, шестой фильтр, десятый усилитель, седьмой фильтр, пятый пороговый блок и третью схему И, последовательно соединенные седьмой ЦАП и пятый калибратор, последовательно соединенные восьмой ЦАП и третий формирователь, последовательно соединенные второй таймер, четвертую схему И и второй счетчик, а также первый тактовый генератор, подключенный ко вторым входам второй и четвертой схем И, третий и четвертый таймеры, последовательно соединенные аналоговые первый квадратор, сумматор, первый делитель, шестой пороговый блок и пятую схему И, последовательно соединенные пятый таймер, шестую схему И и третий счетчик, а также шестой АЦП, второй тактовый генератор, подключенный ко второму входу шестой схемы И, и аналоговые второй и третий квадраторы, подключенные входами, соответственно, ко второму и третьему фильтрам, а выходами подключенные, соответственно, ко второму входу сумматора и ко второму входу первого делителя, последовательно соединенные второй делитель, корректор нелинейности, первый блок вычисления модуля, блок вычитания, второй блок вычисления модуля, седьмой пороговый блок и инверсный вход седьмой схемы И, последовательно соединенные ключ, запоминающее устройство и третий блок вычисления модуля, подключенный ко второму входу блока вычитания, последовательно соединенные восьмую схему И и одновибратор, подключенный к управляющему входу ключа, а также седьмой АЦП и блок сравнения знаков, подключенный входами к корректору нелинейности и к запоминающему устройству, а выходом подключенный ко второму входу седьмой схемы И, причем первая, вторая и третья антенны выполнены магнитными и размещены взаимно перпендикулярно друг к другу, первый, второй и третий формирователи выполнены в виде сглаживающего звена с усилителем мощности, корректор нелинейности выполнен в виде усилителя с автоматической регулировкой усиления, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой пороговые блоки выполнены с управлением по порогу, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой фильтры выполнены с управлением по полосе пропускания, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый усилители выполнены с управлением по фазе и чувствительности, первый, второй, третий, четвертый и пятый таймеры выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый, второй и третий блоки вычисления модуля выполнены в виде инверсных усилителей с диодами для преобразования сигналов любой полярности в сигналы положительной полярности, первая схема И подключена вторым входом к первому таймеру, третьим входом подключена к третьему таймеру, а выходом подключена ко входу останова первого счетчика, третья схема И подключена вторым входом ко второму таймеру, третьим входом подключена к четвертому таймеру, а выходом подключена ко входу останова второго счетчика, пятая схема И подключена вторым входом к пятому таймеру, а выходом подключена ко входу останова третьего счетчика, шестой АЦП подключен входом к выходу первого делителя, а выходом подключен к ПЭВМ, седьмой АЦП подключен входом к выходу корректора нелинейности, а выходом подключен к ПЭВМ, схема ИЛИ подключена вторым и третьим входами, соответственно, ко второму и третьему пороговым блокам, а выходом подключена к ПЭВМ и к первому, второму и пятому таймерам, первый квадратор подключен к выходу первого фильтра, первая антенна подключена к первому усилителю, первый микробарометр подключен выходом к седьмому усилителю, а входом акустически связан с четвертым калибратором, второй микробарометр подключен выходом к девятому усилителю, а входом акустически связан с пятым калибратором, первый формирователь подключен к управляющим входам первого, второго и третьего фильтров, второй формирователь подключен к управляющим входам четвертого и пятого фильтров, третий формирователь подключен к управляющим входам шестого и седьмого фильтров, входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого АЦП подключены, соответственно, к первому, второму, третьему, четвертому и шестому фильтрам, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей антеннам, восьмая схема И подключена первым входом к схеме ИЛИ, а инверсным входом подключена к пятому таймеру, второй делитель подключен входами к первому и второму фильтрам, вход ключа подключен к корректору нелинейности, выход седьмой схемы И подключен к третьему входу пятой схемы И, а входы всех ЦАП, управляющие входы всех усилителей, управляющие входы всех пороговых блоков, выходы первого, второго и третьего счетчиков, выходы и управляющие входы первого, второго и пятого таймеров, а также входы запуска и управляющие входы третьего и четвертого таймеров подключены к ПЭВМ.