СПОСОБ АМПЛИТУДНОГО ПЕЛЕНГОВАНИЯ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ Российский патент 2020 года по МПК G01S5/04 

Предлагаемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области радиотехники и могут быть применены в системах обнаружения и расчета пеленгов на два интерферирующих радиоизлучения.

Известен способ пеленгации радиосигналов, например, по патенту RU №2262119 [1] «Способ пеленгации радиосигналов» МПК G01S 3/14, 3/28, 3/74, опубликованному 10.10.2005, Бюл. №28, заключающийся в приеме радиосигналов антенной системой, преобразовании радиосигналов многоканальным приемником с общим гетеродином для всех каналов, получении спектральных характеристик сигналов одновременно для каждого канала, выборе частотных поддиапазонов, занимаемых отдельными сигналами, определении взаимного и разностного спектра получении суммы разностных спектров и вычислении азимута θ для каждого радиосигнала.

Известен способ пеленгации радиосигналов, например, по патенту RU №2319975 [2] «Способ амплитудного пеленгования источников радиоизлучений» МПК G01S 5/04 (2006.01), опубликованному 20.03.2008, Бюл. №8, согласно которому: излучаемый сигнал принимают М идентичными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты в плоскости пеленгования одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности смежных пересекаются на уровне не более трех децибел, а все М антенн в сумме перекрывают сектор пеленгования 360°. Принятые сигналы распределяются по М идентичным приемным каналам, в каждом из которых поступивший в него сигнал усиливают, детектируют, усиливают в логарифмическом видеоусилителе, измеряют мощность усиленных сигналов в канале с максимальным уровнем и в двух смежных с ним и по отношению мощностей измеренных сигналов определяют направление на источник излучения.

Однако известные способы-аналоги не обеспечивают одновременное измерение пеленгов на интерферирующие излучения от нескольких источников.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений является способ одновременного визуального пеленгования нескольких радиоизлучений [3] (см. Мезин В.К. Автоматические радиопеленгаторы. - М: Сов. радио, 1969, стр. 20-27).

Способ прототип заключается в том, что устанавливают две ортогональные пеленгационные пары антенн (ППА) «север-юг», состоящую из двух идентичных антенных элементов (АЭ) «С» и «Ю», и «запад-восток», состоящую из двух идентичных АЭ «З» и «В», ориентируют каждую ППА в соответствии с направлениями сторон света. Принимают каждым АЭ суммарную электродвижущую силу (ЭДС) e_c(t), e_ю(t), e_з(t), e_в(t), наведенную двумя интерферирующими радиоизлучениями s₁(t) первого источника радиоизлучений (ИРИ) и s₂(t) второго ИРИ в виде гармонических колебаний, соизмеримых по амплитуде и с близкими значениями частот ƒ₁ и ƒ₂. Вычисляют разностные ЭДС е_Δсю(t) «север-юг» и еΔ_зв(t) «запад-восток» и подают их на вертикальные и горизонтальные пластины электронно-лучевой трубки. На экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) получают изображение с огибающей в виде параллелограмма, стороны которого ориентированы по линиям пеленгов θ₁ на первый и θ₂ на второй ИРИ. Совмещают визир параллельно сторонам полученного на экране ЭЛТ параллелограмма. Производят визуальный отсчет пеленгов на первый и второй ИРИ.

Способ прототип позволяет, при определенных условиях, отсчитывать на экране ЭЛТ пеленги на два одновременно работающих ИРИ, частоты которых находятся в полосе пропускания приемных каналов.

К недостаткам способа прототипа следует отнести длительное время и низкую точность оценивания пеленгов на ИРИ, обусловленные необходимостью визуального измерения с помощью поворачиваемого вручную визира.

Известны устройства амплитудного пеленгования, например, по патенту RU №2526536 [4] «Амплитудный радиопеленгатор (Варианты)» МПК G01S 3/14 (2006.01), опубликованному 27.08.2014, Бюл. №24; по патенту RU №2505832 [5] «Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления» МПК G01S 3/14 (2006.01), опубликованному 27.01.2014, Бюл. №3.

Известные устройства аналоги содержат антенные элементы (АЭ), радиоприемные устройства и позволяют осуществлять радиопеленгацию.

Общим недостатком устройств аналогов является невозможность одновременного измерения и индикации пеленгов на два интерферирующих радиоизлучения.

Из известных наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности к заявленному устройству является амплитудный пеленгатор, описанный в [5].

Амплитудный пеленгатор содержит две ортогональные ориентированные по сторонам света пеленгационные пары антенн (ППА) «север-юг» и «запад-восток», причем ППА «север-юг» включает два идентичных АЭ «С» и «Ю», а ППА «запад-восток» - АЭ «З» и «В». Выход АЭ «С» и АЭ «Ю» ППА «север-юг» подключены на первый и второй входы разностного блока (РБ) первого приемного канала соответственно, выход АЭ «З» и АЭ «В» ППА «запад-восток» подключены на первый и второй входы РБ второго приемного канала соответственно. Выход РБ первого приемного канала подключен к вертикально отклоняющим пластинам ЭЛТ, выступающей в качестве блока индикации, а выход РБ второго приемного канала подключен к горизонтально отклоняющим пластинам ЭЛТ. Отсчет пеленгов производится с помощью поворотного визира, имеющего кроме центральной линии ряд параллельных ей линий, которые совмещаются со сторонами изображения (параллелограмма) на ЭЛТ.

Такая схема по сравнению с устройствами аналогами позволяет одновременно определять пеленги на два одновременно работающих ИРИ, частоты которых находятся в полосе пропускания приемных каналов амплитудного радиопеленгатора.

К недостаткам устройства прототипа следует отнести длительное время и низкую точность оценивания пеленгов на ИРИ, обусловленные необходимостью визуального измерения с помощью поворачиваемого вручную визира.

Целью заявляемых технических решений является существенное сокращение временных затрат на оценивание пеленгов на первый и второй ИРИ и повышение точности амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений, за счет автоматического расчета и отображения результатов пеленгования на индикаторе.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений, заключающимся в том, что устанавливают две ортогональные ППА «север-юг», состоящую из двух идентичных АЭ «С» и «Ю», и «запад-восток», состоящую из двух идентичных АЭ «З» и «В», ориентируют каждую ППА в соответствии с направлениями сторон света, принимают каждым АЭ суммарную ЭДС e_c(t), e_ю(t), e_з(t), e_в{t), наведенную двумя интерферирующими радиоизлучениями s₁(t) первого ИРИ и s₂(t) второго ИРИ в виде гармонических колебаний, соизмеримых по амплитуде и с близкими значениями частот ƒ₁ и ƒ₂, вычисляют разностные ЭДС «север-юг» е_Δсю(t) и «запад-восток» е_Δзв(t), на основе которых определяют пеленги θ₁ на первый и θ₂ на второй ИРИ, из полученных разностных ЭДС е_Δсю(t) и еΔ_зв(t) формируют огибающие биений U₁(t) и U₂(t) в первом и втором приемных каналах соответственно.

Измеряют значения максимумов U_1max, U_2max и минимумов U_1min, U_2min огибающих биений U₁(t) и U₂(t) в каждом канале. Вычисляют амплитуды U_m11, U_m22, U_m21, U_m22 двух интерферирующих радиоизлучений s₁(t) и s₂(t) в первом и втором приемных каналах соответственно. Вычисляют совокупность вероятных направлений θ₁₁, θ₁₂ на первый и θ₂₁, θ₂₂ на второй ИРИ, формируют фазовые характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t) разностных ЭДС е_Δсю(t) и е_Δзв(t) соответственно в первом и втором приемных каналах. Сравнивают фазовые характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t). При возрастании или убывании фазовых характеристик одновременно в первом и втором приемных каналах в качестве истинных пеленгов θ₁ на первый ИРИ и θ₂ на второй ИРИ выбирают направления θ₁₁ и θ₂₂ соответственно. В противном случае, при убывании фазовой характеристики в одном из каналов и возрастании в другом канале, в качестве истинных пеленгов θ₁ и θ₂ выбирают направления θ₁₂ и θ₂₁ соответственно.

Для получения разностных ЭДС «север-юг» е_Δсю(t) и «запад-восток» e_Δзв(t) из ЭДС, наведенной в АЭ «С» вычитают ЭДС наведенную в АЭ «Ю», и из ЭДС наведенной в АЭ «В», вычитают ЭДС, наведенную в АЭ «З» соответственно.

Для формирования огибающих биений U₁(t) и U₂(t) детектируют по амплитуде разностные ЭДС e_Δcю(t) и е_Δзв(t), соответственно.

Для вычисления амплитуд U_m11, U_m12, U_m21, U_m22 двух интерферирующих радиоизлучений s₁(t) и s₂(t) в первом и втором приемных каналах, соответственно: U_m11 вычисляют в виде половины суммы U_1max и U_1min; U_m12 вычисляют в виде половины разности U_1max и U_1min; U_m21 вычисляют в виде половины суммы U_2max и U_2min; U_m22 вычисляют в виде половины разности U_2max и U_2min.

Вероятные направления на первый ИРИ θ₁₁ и θ₁₂ вычисляют как арктангенс отношения U_m21 к U_m11 и как арктангенс отношения U_m22 к U_m11 соответственно, а вероятные направления на второй ИРИ θ₂₁ и θ₂₂ определяют как арктангенс отношения U_m21 к U_m12 и арктангенс отношения U_m22 к U_m12 соответственно.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков, в том числе за счет формирования и сравнения фазовых характеристик Ф₁(t) и Ф₂(t) разностных ЭДС е_Δсю(t) и е_Δзв(t), достигается цель изобретения: сокращение временных затрат на оценивание пеленгов на первый и второй ИРИ и повышение точности амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений.

Достижение указанной цели объясняется возможностью автоматического расчета пеленгов на первый и второй ИРИ, а также устранением субъективной погрешности, связанной с отображением результатов пеленгования на индикаторе в способе прототипе.

Поставленная цель в заявленном устройстве амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений достигается тем, что в известном устройстве амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений, содержащее первый и второй приемные каналы, первый приемный канал содержит пеленгационную пару антенн (ППА) «север-юг» и разностный блок (РБ) (5), а второй приемный канал содержит ППА «запад-восток» и РБ (6), ППА первого приемного канала содержит два идентичных разнесенных в пространстве антенных элемента (АЭ) «С» (1) и «Ю» (2), ППА второго приемного канала содержит два идентичных разнесенных в пространстве АЭ «З» (3) и «В» (4), причем выходы АЭ «С» (1) и «Ю» (2) подключены соответственно к первому (5.1) и второму (5.2) входам РБ (5) первого приемного канала, а выходы АЭ «З» (3) и «В» (4) подключены к первому (6.1) и второму (6.2) входам РБ (6) второго приемного канала, дополнительно в первый и второй приемные каналы введены блоки амплитудной обработки (БАО) (8) и (9), блоки фазовой обработки (БФО) (7) и (10) соответственно, а также общие для первого и второго приемных каналов блок определения вероятных пеленгов (БОВП) (11), блок сравнения и принятия решения (БСПР) (12), и блок индикации (13).

Выходы (5.3) РБ (5) и (6.3) РБ (6) подключены к входам (7.1) БФО (7) и (10.1) БФО (10), а также к входам (8.1) БАО (8) и (9.1) БАО (9) соответственно. Выходы (8.2) БАО (8) и (9.2) БАО (9) подключены к входам (11.1) и (11.2) БОВП (11) соответственно. Выходы (7.2) БФО (7) и (10.2) БФО (10) первого и второго приемных каналов подключены к входам (12.1) и (12.3) БСПР (12) соответственно. Выход (11.3) БОВП (11) подключен к входу (12.2) БСПР (12), выход (12.4) которого подключен к входу блока индикации (13).

БАО (8) первого приемного канала содержит каскадно включенные формирователь огибающей (ФО) биений интерферирующих радиоизлучений (14), измеритель максимума и минимума (ИММ) огибающей биений интерферирующих радиоизлучений (16) и вычислитель амплитуд (ВА) интерферирующих радиосигналов (18). БАО (9) второго приемного канала содержит каскадно включенные ФО биений интерферирующих радиоизлучений (15), ИММ огибающей биений интерферирующих радиоизлучений (17) и ВА интерферирующих радиосигналов (19).

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет дополнительно введенных блоков и связей между ними в заявленное устройство, реализовано автоматическое измерение пеленгов θ₁ на первый и θ₂ на второй ИРИ, что позволило существенное сократить временные затраты на оценивание пространственных параметров сигналов ИРИ и снизить ошибки измерений пеленгов.

Заявленные изобретения поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг. 1 - схема амплитудного пеленгатора интерферирующих радиоизлучений;

на фиг. 2 - ЭЛТ и поворотный визир при измерении пеленга на первый ИРИ;

на фиг. 3 - ЭЛТ и поворотный визир при измерении пеленга на второй ИРИ;

на фиг. 4 - биения в первом приемном канале амплитудного пеленгатора;

на фиг. 5 - биения во втором приемном канале амплитудного пеленгатора;

на фиг. 6 - фазовые характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t) в каналах амплитудного пеленгатора для пеленгов θ₁₁ и θ₂₂;

на фиг. 7 - фазовые характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t) в каналах амплитудного пеленгатора для пеленгов θ₁₂ и θ₂₁;

на фиг. 8 - структурная схема заявляемого устройства амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений;

на фиг. 9 - структурная схема БАО;

на фиг. 10 - геометрические аспекты радиопеленгования;

на фиг. 11 - геометрические аспекты радиопеленгования для ИРИ, расположенного на значительном расстоянии от радиопеленгатора;

на фиг. 12 - разность хода лучей в разнесенные точки приема;

на фиг. 13 - пеленгационная пара антенн;

на фиг. 14 - две пеленгационные пары антенн;

на фиг. 15 - ППА «север - юг»;

на фиг. 16 - ППА «запад - восток»;

на фиг. 17 - суммарно-разностный трансформатор;

на фиг. 18 - диаграммы направленности двух ортогональных ППА.

Реализация заявленного способа заключается в следующем. В основе радиопеленгования лежит постоянство скорости электромагнитной волны (ЭМВ) и прямолинейность распространения радиоволн. Возможность определения пространственных параметров ИРИ обусловлена разностью во времени прихода ЭМВ в разнесенные точки пространства, вызванной различной протяженностью траектории распространения R₁ и R₂ (см. фиг. 10).

Разность времени прихода Δt, или задержка τ сигнала между антеннами, определяется выражением: Δt=τ=(R₁-R₂)/c, где R₁, и R₂ - расстояния до ИРИ от первого и второго измерителей соответственно; с - скорость распространения радиоволн.

Разнос 2b называют базой антенной системы (см. фиг. 10, 11, 12, 13, 15, 16). На практике, как правило, база антенной системы много меньше расстояния до ИРИ (фиг. 11а): 2b<<R₁; 2b<<R₂.

Тогда лучи в точке приема можно считать приближенно параллельными (фиг. 11). При таком допущении разность расстояний ΔR (разность хода лучей) однозначно связана с направлением θ на ИРИ (фиг. 11, 12). Следовательно, и задержка сигнала τ также будет зависеть от направления θ на источник радиоизлучения: τ=ΔR/c=2bsin(θ)/c.

В основе метода пеленгования лежит использование ППА - двух одинаковых АЭ, имеющих идентичные геометрические и электрические параметры, расположенных на определенном расстоянии один от другого, ориентированных одинаково и объединенных в антенную систему, которая обеспечивает определение азимута θ, или двух углов азимута θ и угла места β.

В простейшем случае ППА состоит из двух идентичных вертикальных штыревых АЭ А1 и А2, которые устанавливаются на горизонтальной плоскости на расстоянии 2b друг от друга (фиг. 13). Если 2b/λ<1, пару называют узкобазисной; если 2b/λ≥1, ее называют широкобазисной, где λ - длина ЭМВ.

АЭ пеленгационной пары ориентируют по сторонам света. Если линия, на которой размещены АЭ, совпадает с направлением меридианов, то ППА обозначают «север - юг» (АЭ «С» и «Ю» на фиг. 14), если совпадает с направлением широтных линий - ППА «запад - восток» (АЭ «З» и «В» на фиг. 14). При гармоническом воздействии ЭДС, наведенные в каждом из четырех АЭ, будут отличаться только фазой, так как при r>>2b амплитуды Е_A1, Е_А2, и E_A3 Е_A4 одинаковы.

В ППА «север - юг» (см. фиг. 15) ЭМВ сначала достигнет точки «С», а затем, пройдя дополнительно расстояние ΔR_сю, придет в точку «Ю». Следовательно, ЭДС, наводимая в АЭ «Ю», будет запаздывать по фазе относительно ЭДС в АЭ «С» на величину ϕ_сю. Выражение для ЭДС можно представить в следующем виде: е_ю=Е_m cos(ω_t-ϕ_сю), где Е_m - амплитуда; ω - круговая частота ЭМВ.

Проекции траекторий распространения ЭМВ от ИРИ до АЭ «С» и «Ю» R₃ и R₄ на поверхность земли, будут линии L₃ и L₄ соответственно.

Величина фазового сдвига определяется разностью расстояний ΔR_сю, пройденных волной между точками «С» и «Ю»: ϕ_сю=kΔR_сю, где k=2π/λ - волновой множитель.

Из анализа фиг. 15 видно, что ΔR_сю=2b cosθcosβ, тогда разность фаз можно представить как

По аналогии с (1), для ППА «запад - восток» (фиг. 16) выражения для разности хода и разности фаз примут вид

Проекции траекторий распространения ЭМВ от ИРИ до АЭ «З» и «В» R₁ и R₂ на поверхность земли, будут линии L₁ и L₂ соответственно.

Проекции отрезков, соединяющих ИРИ и АЭ «З» и «В» R₁ и R₂ на поверхность земли, будут образовывать отрезки L₁ и L₂ соответственно.

Выражения (1) и (2) называются фазовыми уравнениями пеленгационной пары. Фазовые уравнения справедливы при АЭ любого вида, из которых составляется пеленгационная пара.

Объединение АЭ в пеленгационную пару осуществляют двумя способами: противофазным включением и синфазным включением.

Включение может осуществляться с помощью суммарно-разностного трансформатора (см. фиг. 17).

При первом способе электродвижущие силы антенн вычитаются, так что их результирующая ЭДС е_Δ оказывается равной разности ЭДС отдельных АЭ, так как токи i₁ и i₂, наведенные в АЭ А1 и А2 соответственно направлены навстречу друг другу. Такое включение АЭ ППА называют включением на разность.

При втором способе электродвижущие силы суммируются, так что их результирующая ЭДС e_Σ оказывается равной сумме ЭДС отдельных АЭ, так как токи i₁ и i₂, наведенные в АЭ А1 и А2 соответственно направлены в одну сторону. Такое включение АЭ ППА называют включением на сумму.

Определяют разностную и суммарную ЭДС:

Используя теоремы о сложении и вычитании тригонометрических функций:

получают:

Анализ выражений (3) и (4) показывает, что разностная и суммарная ЭДС сдвинуты друг относительно друга на 90°. Кроме этого можно заметить, что амплитуды разностной и суммарной ЭДС зависят от разности фаз в АЭ ППА:

Разность фаз зависит от направления на ИРИ, поэтому амплитуды E_mΔ и Е_mΣ зависят от данного направления. Для ППА «север - юг» получают:

а для ППА «запад - восток»

Уравнения (5…8) называются амплитудными уравнениями пеленгационной пары антенн.

Информацию о направлении на ИРИ можно получить, используя амплитудные уравнения двух ортогональных ППА. Если размер ППА ограничить условием узкобазисности 2b/λ<<1, можно использовать допущение, что синус малого угла равен этому углу Для амплитуд разностных ЭДС выражения (5) и (7) можно представить в виде

где - максимальное значение амплитуд разностных ЭДС.

В данном случае диаграммы направленности представляют собой две «восьмерки», ориентированные перпендикулярно друг другу, одна из которых описывается функцией sin, а другая - функцией cos (фиг. 18).

Если сравнить ЭДС и а именно найти отношение E_mΔзв к E_mΔсю получают:

таким образом

Следовательно, для определения азимута на ИРИ с использованием двух ортогональных ППА необходимо измерить амплитуды разностных ЭДС, найти их отношение и вычислить значение арктангенса от этого отношения.

Рассмотренный подход используется во многих узкобазисных пеленгаторах диапазонов ВЧ - УВЧ. Примером может служить схема (фиг. 1) с двумя ППА: «север - юг», состоящей из АЭ «С» и «Ю» (1 и 2 на фиг. 1) «запад - восток» состоящей из АЭ «З» и «В» (3 и 4 на фиг. 1). В каждой из ППА сигналы объединяются на разность в РБ (5 и 6 на фиг. 1), и далее усиливаются в усилительных каналах УК_сю и УК_зв (7 и 8 на фиг. 1). В качестве индикатора пеленга используют ЭЛТ (9 на фиг. 1). Разностная ЭДС с пеленгационной пары антенн «север - юг» подается на вертикальные отклоняющие пластины, а разностная ЭДС с ППА «запад - восток» на горизонтальные. ЭЛТ помимо индикации выполняет роль устройства для определения функции arctg, следовательно на экране отображается линия соответствующая пеленгу на ИРИ.

Необходимо отметить, что общий и строгий анализ всех процессов в пеленгаторе при воздействии на его вход нескольких сигналов, попадающих в полосу пропускания каналов - задача чрезвычайно сложная. Однако при некоторых упрощениях, достаточно хорошо согласующихся с практикой, можно получить частные решения задачи пеленгования при воздействии нескольких сигналов.

Одним из известных устройств, с помощью которого можно разрешать двухсигнальную ситуацию, т.е. определять азимут на оба ИРИ, сигналы от которых попадают в полосу пропускания каналов, является двухканальный приемоиндикатор с электронно-лучевой трубкой в качестве индикатора. Это его свойство получило название визуальной избирательности.

Особенность функционирования двухканального приемоиндикатора при наличии двух гармонических сигналов в полосе пропускания заключается в следующем. Если на отклоняющие пластины ЭЛТ подать напряжения биений интерферирующих радиоизлучений в первом и втором приемном каналах соответственно, то изображение на экране будет иметь вид спирали с непрерывным изменением звеньев во времени как по форме, так и по углу наклона. Условно можно считать, что изображение на экране представляет собой эллипс с постоянно изменяющимися эллиптичностью и углом наклона. Определить азимут на ИРИ по углу наклона эллипса в этих условиях невозможно.

Однако в [5] доказано, что огибающая спиральной линии, отрисовываемой на экране ЭЛТ, представляет собой параллелограмм (10 на фиг. 1, 2, 3), причем каждая его сторона - это линия, которая была бы на экране при отсутствии другого сигнала. Только эти линии смещены от центра экрана в обе стороны на половины длин линий другого сигнала. Таким образом, положение сторон параллелограмма соответствует азимутам на два ИРИ.

В частности, на фиг. 2, 3 стороны параллелограмма соответствуют пеленгам θ₁=15° (пеленг на первый ИРИ) и θ₂=70° (пеленг на второй ИРИ). При увеличении соотношения мощностей биений интерферирующих радиоизлучений в первом и втором приемном каналах соответственно форма огибающей изображения на экране индикатора стремится к ромбу.

В способе прототипе пеленги измеряют визуально с помощью градуированной шкалы (11 на фиг. 2, 3) и поворотного визира (12 на фиг. 2 и 13 на фиг. 3), имеющего кроме основной центральной линии отсчета параллельные ей линии. Совмещением ближайших параллельных линий со сторонами параллелограмма можно определить азимуты на ИРИ.

Если в полосу пропускания приемных каналов пеленгатора ω_п попадают два синусоидальные колебания, соизмеримые по амплитуде и с частотами ω₁ и ω₂, причем ω₂-ω₁=Ω, Ω<ω_п и где тогда суммарные напряжения на выходе первого и второго каналов будут равны:

где

Сумма напряжений двух сигналов в каждом канале может быть представлена как биения в виде колебаний одной частоты ω₁, но с переменными во времени (с частотой Ω) амплитудой и фазой, а отклонения луча на экране ЭЛТ по осям Оу и Ох описываются выражениями

где

Уравнение движения луча в координатах хОу будет:

Получено уравнение спирали (15) с непрерывно изменяющимися во времени конфигурацией и наклоном звеньев. Каждое звено спирали представляет собой фигуру, близкую к эллипсу, частота изменения формы и наклона большой оси которого равна Ω=ω₂-ω₁ (Ω=2πF, F=ƒ₂-ƒ₁).

Огибающая спирали будет представлять собой параллелограмм со сторонами - линиями пеленгов на первый и второй ИРИ. Доказательство этого в общем виде требует совместного решения систем уравнений, получаемых из (14):

В общем случае, строгое решение задачи невозможно, так как получающиеся уравнения в общем виде не разрешаются. Однако это не является препятствием для визуального пеленгования, так как отсчет пеленгов производится с помощью поворотного визира, имеющего кроме центральной линии отсчета ряд параллельных ей линий, которые совмещаются со сторонами параллелограмма (см. фиг. 2, 3).

Описанное свойство, получившее наименование визуальной избирательности, является весьма ценным для практики и дает возможность использовать двухканальный радиопеленгатор для пеленгования интерферирующих радиоизлучений, которые невозможно разделить с помощью методов частотной избирательности. Визуальный отсчет пеленга с помощью поворотного визира обладает большой наглядностью и за счет эвристических особенностей человека может разрешать наиболее сложные ситуации, однако для автоматизированной обработки необходимо формализованное математическое решение задачи расчета пеленгов на источники радиоизлучений в условиях интерференции. С этой целью разработан заявленный амплитудный способ автоматического одновременного измерения пеленгов на два интерферирующих радиоизлучения.

Трудность для автоматической обработки заключается в том, чтобы из выражений (13), являющих суммой двух колебаний, найти амплитуды составляющих, соответствующих каждому радиоизлучению, т.е., если каким-либо способом выделить U_m11, U_m21, U_m12, U_m22, тогда можно было бы рассчитать пеленг на каждый ИРИ следующим образом:

Подсказку для нахождения амплитуд слагаемых колебаний дает изучение вида и свойств биений двух близких по частоте сигналов. Действительно, в значениях максимума и минимума огибающих биений в каналах пеленгатора (фиг.4, 5) содержатся амплитуды составляющих:

Преобразовав (19), (20) получают искомые величины:

Подстановкой значений из (21), (22) в (17), (18) получают необходимые азимуты θ₁, θ₂ на каждый ИРИ. Однако следует учесть, что выбор номеров колебаний в выражениях (19), (20) произволен, т.е. первому ИРИ не обязательно соответствует комбинация значений U_m11 и U_m21, а может соответствовать комбинация U_m11 и U_m22, и аналогичным образом для второго ИРИ. Поэтому полученные решения будут неоднозначны:

В ходе моделирования установлено, что если «набег» фазы в первом Ф₁(t) и втором Ф₂(t) канале ведет себя одинаково (оба убывают или оба возрастают), то следует выбирать азимуты θ₁₁ и θ₂₂, если же фазы «разбегаются» - азимуты θ₁₂ и θ₂₁.

Устройство амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений (фиг 8) состоит из четырех идентичных АЭ «С» (1), «Ю» (2), «З» (3) и «В» (4), РБ (5) и (6), БАО (8) и (9), БФО (7) и (10), БОВП (11), БСПР (12) и блок индикации (13). Причем выходы (5.3) РБ (5) и (6.3) РБ (6) подключены к входам (7.1) БФО (7) и (10.1) БФО (10), а также к входам (8.1) БАО (8) и (9.1) БАО (9) соответственно, выходы (8.2) БАО (8) и (9.2) БАО (9) каждого канала подключены к входам (11.1) и (11.2) БОВП (11) соответственно, а выходы (7.2) БФО (7) и (10.2) БФО (10) первого и второго приемных каналов подключены к входам (12.1) и (12.3) БСПР (12) соответственно, выход (11.3) БОВП (11) подключен к входу (12.2) БСПР (12), выход (12.4) которого подключен к входу блока индикации (13). Причем БАО в каждом из каналов включает в себя каскадно включенные формирователь огибающей биений интерферирующих радиоизлучений (14) и (15) соответственно, измеритель максимума и минимума огибающей биений интерферирующих радиоизлучений (16) и (17) соответственно, а также вычислитель амплитуд интерферирующих радиосигналов (18) и (19) соответственно.

В устройстве, реализующем предложенный способ, используют известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе. Варианты реализации антенных элементов широко рассмотрены в литературе [6] (см. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997) и [7] (Torrieri D.J. Principles of military communications system. Detham/Massachusetts. Artech House, Inc., 1981. - 298 p.). Для заявляемого пеленгатора целесообразно использовать один из широко известных типов антенн: симметричные и несимметричные вибраторы (объемные вибраторы). Выбор антенных элементов определяется заданным частотным диапазоном ΔF (коэффициентом перекрытия). Все ППА ориентируются в соответствии со сторонами света.

Каждый РБ (5) и (6) содержит радиоприемное устройство и амплитудно-цифровой преобразователь. Радиоприемное устройство может быть реализовано с помощью набора из N полупрофессиональных приемников IC-RS500 фирмы ICOM [8] (см. Communication Receiver IC-RS500. Instruction Manual). При этом первый и второй гетеродины одного из приемников используют одновременно в качестве первого и второго гетеродинов других приемников. Кроме того, в качестве радиоприемного устройства могут использоваться и другие приемники фирмы ICOM: IC-R7000, IC-PCR1000. Реализация аналого-цифрового преобразователя известна и широко освещена в литературе. Выпускаются серийно ООО "Специальный Технологический Центр" г. Санкт-Петербург [9] (см. http://stc-spb.ru).

Каждый БФО 7 и 10 представляют из себя фазовый детектор, реализуют по известным схемам [9] (см. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (в 2-х томах) - М.: Мир, 1980. - Т. 2 - 590 с).

Каждый БАО 8 и 9, включающие в себя ФО 14 (15), ИММ 16 (17) и ВА 18 (19) реализуют с помощью стандартных плат: субмодуля цифрового приема ADMDDC2WB [10] (см. insys@arc.ru) и ADP60PCI v.3.2 на процессоре Shark ADSP-21062. Руководство пользователя [11] (см. www.insys.ru).

БОВП 11 предназначен для нахождения оценочных значений направления прихода радиосигнала θ₁₁, θ₂₁, θ₁₂ и θ₂₂ в соответствии с выражениями (15, 16) Описания. БОВП может быть реализован на микросхемах, например, серии К541 или К500. БСПР 12 выполняет функцию определения истинных значений. Данная операция выполняется в соответствии с выражениями (16, 17). Блок 12 также может быть реализован на микросхемах серий К541 и К500.

Реализация блоков 5…12 целесообразна на сигнальном микропроцессоре TMS320c6416 [13] (см. TMS320c6416: http: //focus/ti/com/docs/prod /folders/print/TMS320c6416.html).

Реализация блока индикации 13 широко известна [14] (см. Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник. - М.: Радиоисвязь, 1998. - 128 с).

Совместное имитационное моделирование заявленного способа амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений и способа прототипа показало возможность снижения времени пеленгования радиосигналов ИРИ до десяти раз и повышение точности амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений до трех раз за счет автоматического расчета и отображения результатов пеленгования на индикаторе.

Реализовать заявленный способ амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений возможно с помощью заявленного устройства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент №2262119 (Россия). Способ пеленгации радиосигналов / М.Л. Артемов, О.В. Афанасьев, И.С. Дмитриев, Е.А. Москалева. - 2006.

2. Патент №2309422 (Россия). Способ пеленгования многолучевых сигналов В.Н. Шевченко, Н.М. Иванов, Ю.А. Звездина. - 2007.

3. Мезин В.К. Автоматические радиопеленгаторы. - М.: Сов. радио, 1969, стр. 20-27.

4. Патент 2393498 (Россия). Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (Варианты) / В.Н. Шевченко, Н.М. Иванов, Е.А. Шевченко-2010.

5. Патент 2505832 (Россия). Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления / В.О. Дронь, А.Г. Митянин, А.С. Наумов, П.Л. Смирнов, А.И. Соломатин, О.В. Царик, A.M. Шепилов, А.Я. Шишков - 2014.

6. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997.

7. Torrieri D.J. Principles of military communications system. Detham/Massachusetts. Artech House, Inc., 1981. - 298 p.

8. Communication Receiver IC-RS500. Instruction Manual.

9. Электронный ресурс: http://stc-spb.ru.

10. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (в 2-х томах) - М.: Мир, 1980. - Т. 2-590 с.

11. Электронный ресурс: insys@arc.ru.

12. Электронный ресурс: www.insys.ru.

13. Электронный ресурс: http: //focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html.

14. Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник. - М.: Радиоисвязь, 1998. - 128 с.

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы в системах обнаружения и пеленгования одновременно двух работающих источников радиоизлучения (ИРИ), частоты которых находятся в полосе пропускания приемных каналов. Достигаемый технический результат - сокращение времени оценивания пеленгов на первый и второй ИРИ и повышение точности амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений. Указанный результат достигается за счет того, что способ основан на формировании огибающих биений U₁(t) и U₂(t) в первом и втором приемных каналах соответственно, с помощью которых вычисляют совокупность вероятных направлений θ₁₁, θ₁₂ на первый и θ₂₁, θ₂₂ на второй ИРИ. Для устранения неоднозначности снятия пеленгов формируют фазовые характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t) разностных электродвижущих сил e_Δсю(t) и е_Δзв(t) соответственно в первом и втором приемных каналах. По результатам сравнения фазовых характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t), производят выбор истинных пеленгов θ₁ на первый ИРИ и θ₂ на второй ИРИ. Способ амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений реализуется с помощью устройства амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений, выполненного определенным образом. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Способ амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений, заключающийся в том, что устанавливают две ортогональные пеленгационные пары антенн (ППА) «север-юг», состоящую из двух идентичных антенных элементов (АЭ) «С» и «Ю», и «запад-восток», состоящую из двух идентичных АЭ «З» и «В», ориентируют каждую ППА в соответствии с направлениями сторон света, принимают каждым АЭ суммарную электродвижущую силу (ЭДС) e_c(t), e_ю(t), e_з(t), e_в(t), наведенную двумя интерферирующими радиоизлучениями s₁(t) первого источника радиоизлучений (ИРИ) и s₂(t) второго ИРИ в виде гармонических колебаний, соизмеримых по амплитуде и с близкими значениями частот ƒ₁ и ƒ₂, вычисляют разностные ЭДС «север-юг» е_Δсю(t) и «запад-восток» e_Δзв(t), на основе которых определяют пеленги θ₁ на первый и θ₂ на второй ИРИ, отличающийся тем, что из полученных разностных ЭДС e_Δсю(t) и е_Δзв(t) формируют огибающие биений U₁(t) и U₂(t) в первом и втором приемных каналах соответственно, измеряют значения максимумов U_1max, U_2max и минимумов U_1min, U_2min огибающих биений U₁(t) и U₂(t) в каждом канале, вычисляют амплитуды U_m11, U_m12, U_m21, U_m22 двух интерферирующих радиоизлучений s₁(t) и s₂(t) в первом и втором приемных каналах соответственно, вычисляют совокупность вероятных направлений θ₁₁, θ₁₂ на первый и θ₂₁, θ₂₂ на второй ИРИ, формируют фазовые характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t) разностных ЭДС е_Δсю(t) и е_Δзв(t) соответственно в первом и втором приемных каналах, сравнивают фазовые характеристики Ф₁(t) и Ф₂(t), причем при возрастании или убывании фазовых характеристик одновременно в первом и втором приемных каналах в качестве истинных пеленгов θ₁ на первый ИРИ и θ₂ на второй ИРИ выбирают направления θ₁₁ и θ₂₂ соответственно, в противном случае, при убывании фазовой характеристики в одном из каналов и возрастании в другом канале, в качестве истинных пеленгов θ₁ и θ₂ выбирают направления θ₁₂ и θ₂₁ соответственно.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения разностных ЭДС «север-юг» е_Δсю(t) и «запад-восток» е_Δзв(t) из ЭДС, наведенной в АЭ «С», вычитают ЭДС, наведенную в АЭ «Ю», и из ЭДС, наведенной в АЭ «В», вычитают ЭДС, наведенную в АЭ «З» соответственно.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для формирования огибающих биений U₁(t) и U₂(t) детектируют по амплитуде разностные ЭДС е_Δсю(t) ^и е_Δзв(t) соответственно.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для вычисления амплитуд U_m11, U_m12, U_m21, U_m22 двух интерферирующих радиоизлучений s₁(t) и s₂(t) в первом и втором приемных каналах соответственно: U_m11 вычисляют в виде половины суммы U_1max и U_1min; U_m12 вычисляют в виде половины разности U_1max и U_1min; U_m21 вычисляют в виде половины суммы U_2max и U_2min; U_m22 вычисляют в виде половины разности U_2max и U_2min.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вероятные направления на первый ИРИ θ₁₁ и θ₁₂ вычисляют как арктангенс отношения U_m21 к U_m11 и как арктангенс отношения U_m22 к U_m11 соответственно, а вероятные направления на второй ИРИ θ₂₁ и θ₂₂ определяют как арктангенс отношения U_m21 к U_m12 и арктангенс отношения U_m22 к U_m12 соответственно.

6. Устройство амплитудного пеленгования интерферирующих радиоизлучений, содержащее первый и второй приемные каналы, первый приемный канал содержит пеленгационную пару антенн (ППА) «север-юг» и разностный блок (РБ) (5), а второй приемный канал содержит ППА «запад-восток» и РБ (6), ППА первого приемного канала содержит два идентичных разнесенных в пространстве антенных элемента (АЭ) «С» (1) и «Ю» (2), ППА второго приемного канала содержит два идентичных разнесенных в пространстве АЭ «З» (3) и «В» (4), причем выходы АЭ «С» (1) и «Ю» (2) подключены соответственно к первому (5.1) и второму (5.2) входам РБ (5) первого приемного канала, а выходы АЭ «З» (3) и «В» (4) подключены к первому (6.1) и второму (6.2) входам РБ (6) второго приемного канала, отличающееся тем, что дополнительно в первый и второй приемные каналы введены блоки амплитудной обработки (БАО) (8) и (9), блоки фазовой обработки (БФО) (7) и (10) соответственно, а также общие для первого и второго приемных каналов блок определения вероятных пеленгов (БОВП) (11), блок сравнения и принятия решения (БСПР) (12), и блок индикации (13), причем выходы (5.3) РБ (5) и (6.3) РБ (6) подключены к входам (7.1) БФО (7) и (10.1) БФО (10), а также к входам (8.1) БАО (8) и (9.1) БАО (9) соответственно, выходы (8.2) БАО (8) и (9.2) БАО (9) подключены к входам (11.1) и (11.2) БОВП (11) соответственно, а выходы (7.2) БФО (7) и (10.2) БФО (10) первого и второго приемных каналов подключены к входам (12.1) и (12.3) БСПР (12) соответственно, выход (11.3) БОВП (11) подключен к входу (12.2) БСПР (12), выход (12.4) которого подключен к входу блока индикации (13).

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что БАО (8) первого приемного канала содержит каскадно включенные формирователь огибающей (ФО) биений интерферирующих радиоизлучений (14), измеритель максимума и минимума (ИММ) огибающей биений интерферирующих радиоизлучений (16) и вычислитель амплитуд (ВА) интерферирующих радиосигналов (18), а БАО (9) второго приемного канала содержит каскадно включенные ФО биений интерферирующих радиоизлучений (15), ИММ огибающей биений интерферирующих радиоизлучений (17) и ВА интерферирующих радиосигналов (19).