Моноимпульсный приёмник запросчика радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием Российский патент 2018 года по МПК H04B1/06 G01S1/60 G01S13/44 

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к радиолокации с активным ответом, которая применяется для управления воздушным движением (УВД) опознавания, измерения расстояний в навигационных системах.

Для определения азимутального положения самолета в современных запросчиках УВД широко используется моноимпульсный метод, основанный на соответствующей обработке ответных сигналов (ОС) от ответчика, установленного на борту самолета.

Моноимпульсный метод позволяет определить азимут самолета по единственному импульсу из последовательности импульсов ОС, поэтому может быть получена высокая скорость и высокая точность за счет статистической обработки всех импульсов ОС.

Все известные моноимпульсные приемники запросчиков принимают ОС с импульсно-временным кодированием (ИВК), т.е. импульсы ОС излучаются с ответчика на одной частоте (в УВД это 1090 МГц). Информация (высота полета, запас горючего и т.д.) заложена в последовательности импульсов в составе ОС. Известна новая система УВД с обозначением DABS (Discrete Address Beacon System). Сигналы и схемы имеются в журнале 12MSN MAY1977 в статье Air Traffic Control will use Discrete Address. Несущая частота 1090 Гц, модуляция ответных сигналов импульсная.

Применение частотно-временного кодирования (ЧВК) позволяет увеличить число возможных комбинаций ОС за счет дополнительного изменения порядка следования частот и их взаимодействия между собой.

В антенне запросчика обычно формируется суммарная (Σ) и разностная (Δ) диаграммы направленности антенны (ДНА). Суммарная ДНА (Σ) представляет собой узкий луч и служит для приема ОС. Разностная ДНА (Δ) представляет собой два лепестка: один слева, другой справа от главного лепестка и имеют разные фазы: 0° и 180° и служат для приема также ОС, но по боковым лепесткам, и служат: 1. для подавления приема по боковым лепесткам (ПБЛ), 2. а также для определения «знака» положения цели, т.е. слева или справа от оси запросчика и 3. для определения азимута самолета при моноимпульсном режиме работы запросчика.

Целью данного изобретения является создание моноимпульсного приемника ОС с частотно-временным кодированием (ЧВК), при котором число несущих частот может быть несколько, в простейшем случае две, а информация заложена в порядке следования частот и изменяемой задержки 2-го и последующих импульсов относительно 1-го.

Приемник радиоимпульсных сигналов с ЧВК обычно выполняется по схеме «ШОУ» - широкополосное усиление -ограничение- узкополосная фильтрация для обеспечения избирательности по соседнему каналу. Поскольку сигнал ограничивается по амплитуде, то теряется информация об амплитуде сигнала и поэтому невозможно реализовать подавление боковых лепестков диаграммы направленности антенны (ПБЛ ДНА) обычным амплитудным методом. Поэтому другой целью изобретения является обеспечение ПБЛ ДНА.

Для реализации в запросчике подавления боковых лепестков антенны могут быть применены различные способы. Например, по патенту RU 2414068 С1 реализован метод преобразования сигналов разных каналов Σ и Δ на разные промежуточные частоты и использование эффекта подавления сигнала одной частоты («слабого») «сильным» другой частоты в ограничителе. В патенте RU 2449305 С1 применены логарифмические усилители с двумя выходами по видео и по промежуточной частоте. ПБЛ реализуется за счет вычитания сигналов. Но оба метода сложны, так как в одном случае требуются два гетеродина на разные частоты, в другом сложные логарифмические усилители.

Поэтому третьей целью данного изобретения является реализация первой и второй цели, но без второго гетеродина и без логарифмических усилителей и с одним УПЧ.

За прототип принята схема моноимпульсного приемника по патенту США. №3969726, G01S ⁹/₂₂, 1976 г. изображенная на фиг. 1. Сигналы, обозначенные как Σ и Δ, поступают на входы 1 и 2 гибридной 90°-ной схемы 1 от антенны запросчика. Сигналы на выходах 3 и 4 гибридной 90°-ной схемы равны по амплитуде, но имеют разницу фаз, вследствие разницы амплитуд исходных Σ и Δ сигналов. Таким образом, разница амплитуд преобразуется в фазовые отличия и получаются на выходах 3 и 4 сигналы (Σ+jΔ) и (Δ+jΣ). Для уменьшения ошибок при изменении сигналов в динамическом диапазоне принимаемых сигналов от ответчиков применены ограничители амплитуд 2 и 3. Далее сигналы через направленные ответвители 4 и 5 подводятся фазовому детектору 6. После него сигнал подается на компаратор 8, который вырабатывает сигнал, характеризующий знак отклонения цели от нуля (линии визирования) (слева или справа). Этот сигнал передается в моноимпульсный процессор запросчика.

Сигналы с выходов ограничителей 2 и 3 (Σ+jΔ) и (Δ+jΣ) напрямую поступают на входы 1 и 2 второй гибридной 90°-ной схемы 7. В этой схеме производится сдвиг фазы и суммирование входных сигналов так, что на выходах получаются сигналы jΔ' и jΣ', причем отношение , т.е. произошло усиление и ограничение, но с сохранением амплитудных различий.

После детектирования в детекторах 9 и 10 и вычитания в вычитателе 11 на выходе вычитателя 11 получается сигнал пропорциональный разности амплитуд входных сигналов Σ и Δ. Сигнал этот имеет линейную зависимость от углового положения цели относительно линии визирования и описывается выражением

где

Благодаря такому техническому решению удалось избежать применения сложных логарифмических усилителей, но при этом сохранить информацию о соотношении амплитуд сигналов и иметь линейную зависимость . В описании патента-прототипа отмечается, что чтобы получить линейную зависимость в других схемах вынуждены были применять антилогарифмические усилители (совместно с логарифмическими).

На фиг. 2. приведена предлагаемая схема моноимпульсного приемника запросчика радиоимпульсных сигналов ОС с ЧВК (например, на двух частотах ƒ₁ и ƒ₂).

Так же как и в прототипе ОС от антенн Σ и Δ поступают на входы 1 и 2 гибридной 90°-ной схемы 1, с выходов 3 и 4 которой поступают в ограничители 2 и 3, затем через направленные ответвители 4 и 5 поступают на входы фазового детектора 6, с выхода которого сигнал подается на компаратор 8, который вырабатывает сигнал, характеризующий знак отклонения цели от нуля (линии визирования) и этот сигнал передается в моноимпульсный процессор. Сигналы с выходов ограничителей 2 и 3 поступают на входы 1 и 2 второй гибридной 90°-ной схемы 7. В этой схеме производится сдвиг фазы и суммирование входных сигналов так, что на выходах 3 и 4 получаются сигналы jΔ' и jΣ', причем .

Далее, в отличие от прототипа к выходу 4 гибридной 90°-ной схемы 7 с сигналом jΣ' присоединен высокочастотный фильтр 24, к выходу которого присоединен вход смесителя 13, ко второму входу которого присоединен гетородин 12, к выходу 3 смесителя 13 присоединен ограничитель 14, к выходу которого присоединены параллельно две цепи, состоящие из последовательно соединенных: в первой цепи - фильтра ƒ_ПЧ1 15, детектора 17, порогового устройства 19 и ключа 21, во второй цепи - фильтра ƒ_ПЧ2 16, детектора 18, порогового устройства 20 и ключа 22, управляющие входы двух ключей 21 и 22 соединены с выходом третьего порогового устройства 23, вход которого соединен с выходом вычитателя 11.

Устройство работает следующим образом. Также как и в прототипе производится преобразование амплитудных отличий в фазовые, но для обеспечения разделения разных частот ОС с ЧВК, в нашем случае ƒ₁ и ƒ₂, в высокочастотном фильтре 24 производится частотная селекция сигналов, затем в смесителе 13 производится преобразование на промежуточные частоты ƒ_ПЧ1 и ƒ_ПЧ2 с помощью гетеродина 12, усиление и ограничение в ограничителе 14, фильтрация в фильтрах 15 и 16, т.е. применяется упомянутая выше схема ШОУ, и далее производится калибровка в пороговых устройствах 19, 20 и затем запрет или прохождение сигналов через ключи 21 и 22 в зависимости от соотношения . Если U_Σ>U_Δ сработает ПУ 23, то сигнал пропускается, если U_Σ<U_Δ не сработает ПУ 23 и сигнал не пропускается, т.е. таким образом, производится ПБЛ ДНА.

Сигналы с выходов вычитателя 11 и компаратора 8 передаются в моноимпульсный процессор определения координат самолета. Таким образом, достигаются цели данного изобретения:

1. Обеспечивается моноимпульсный прием ОС с ЧВК

2. Обеспечивается ПБЛ ДНА с сигналами с ЧВК

3. Обеспечивается цель 1 и цель 2 без второго гетородина, без логарифмических усилителей и с одним усилителем промежуточной частоты.

Соответственно к положительному эффекту можно отнести повышение точности при упрощении конструкции и отсутствие зависимости от дорогостоящих дефицитных деталей.

Гибридные 90°-ные схемы, направленные ответвители, фазовый детектор представляют собой полосковые конструкции и могут быть собственного изготовления. Вычитатель может быть сделан на микросхеме 744УД2. Другие элементы не представляют проблемы. В отдельных случаях: 1. Можно реализовать обычный прием ОС с ЧВК, исключив направленные ответвители, фазовый детектор и компаратор; 2. Можно модернизировать (введя ПБЛ ДНА), не меняя конструкции приемников, находящихся в эксплуатации.

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к радиолокации с активным ответом, которая применяется для управления воздушным движением, опознавания, измерения расстояний в навигационных системах. Достигаемый технический результат - получение информации при наличии нескольких несущих частот, а информация заложена в порядке следования частот, их значениях и задержке импульсов ответных сигналов с частотно-временным кодированием относительно первого. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит два канала приема: суммарный (Σ) и разностный (Δ), подсоединенных ко входам первой гибридной 90°-ной схемы, к выходам которой присоединены первый и второй ограничители, выходы которых через направленные ответвители подсоединены ко входам второй гибридной 90°-ной схемы, выходы которой через первый и второй детекторы подсоединены ко входам вычитателя, на выходе которого определяется сигнал, зависящий от отношения , кроме этого вторые выходы направленных ответвителей подсоединены ко входам фазового детектора, выход которого присоединен ко входу компаратора, на выходе которого определяется знак отклонения цели от оси запросчика, к выходу с сигналом jΣ второй гибридной 90°-ной схемы присоединен высокочастотный фильтр, к выходу которого присоединен смеситель, ко второму входу которого присоединен гетородин, к выходу смесителя присоединен третий ограничитель, к выходу которого присоединены параллельно цепи, количество которых определяется числом частот в сигнале с частотно-временным кодированием, состоящие из последовательно соединенных фильтра промежуточной частоты, детектора, порогового устройства и ключа, при этом управляющие входы ключей присоединены к выходу дополнительного порогового устройства, вход которого присоединен к выходу вычитателя. Выходы ключей являются выходами сигналов к дешифратору ответных сигналов. Выходы компаратора и вычитателя являются выходами к моноимпульсному процессору. 2 ил.

Моноимпульсный приемник запросчика радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием, состоящий из двух каналов приема: суммарного (Σ) и разностного (Δ), подсоединенных к входам первой гибридной 90°-ной схемы, к выходам которой подсоединены первый и второй ограничители, выходы которых присоединены к входам направленных ответвителей, первые выходы которых присоединены к входам второй гибридной 90°-ной схемы, выходы которой через первый и второй детекторы подсоединены ко входам вычитателя, на выходе которого определяется сигнал, зависящий от отношения , который передается в моноимпульсный процессор, кроме этого вторые выходы направленных ответвителей подсоединены ко входам фазового детектора, выход которого присоединен ко входу компаратора, на выходе которого определяется знак отклонения цели от оси запросчика, который передается в моноимпульсный процессор, отличающийся тем, что к выходу 4 с сигналом jΣ второй гибридной 90°-ной схемы присоединен высокочастотный фильтр, к выходу которого присоединен смеситель, ко второму входу которого присоединен гетородин, к выходу смесителя присоединен третий ограничитель, к выходу которого присоединены параллельно цепи, количество которых определяется числом частот в сигнале с частотно-временным кодированием, состоящие из последовательно соединенных фильтра промежуточной частоты, детектора, порогового устройства и ключа, выход которого является выходом сигнала к дешифратору ответных сигналов, при этом управляющие входы ключей присоединены к выходу дополнительного порогового устройства, вход которого присоединен к выходу вычитателя.