Многоканальное сверхширокополосное радиоприемное устройство Российский патент 2023 года по МПК H04B1/16 H04B1/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных сверхвысокочастотных (СВЧ) радиоприемных устройствах, в частности в сверхширокополосных авиационных комплексах радиоэлектронного мониторинга, имеющих ограничения по массогабаритным характеристикам и энергопотреблению.

Известны многоканальные приемные устройства (А.И. Куприянов, Л.Н. Шустов. «Радиоэлектронная борьба. Основы теории», М.: Вузовская книга. 2011, стр. 92-97). Диапазон рабочих частот приемного устройства разделяется системой электрических фильтров на ряд поддиапазонов. Полосы прозрачности фильтров примыкают друг к другу, а ширина полосы прозрачности каждого фильтра выбирается из условия заданной точности определения частоты и заданной ширины спектра принимаемых сигналов. К недостаткам такого многоканального устройства следует, в первую очередь, отнести необходимость использования в широкополосных приемных устройствах большого числа электрических фильтров. Это приводит к существенному увеличению габаритов и к усложнению аппаратуры.

Известен патент RU 2329598 C1 «Радиоприемное устройство и его варианты», опубликован 27.01.2016, принятый за прототип. В прототипе, использующем классические приемы увеличения широкополосности радиоприемного устройства путем совершенствования СВЧ узлов приемников радиосигналов, наращивания рабочей полосы каналов СВЧ-приемников и увеличения их числа, использования матричного способа организации приема радиосигналов в широком диапазоне частот, имеются недостатки:

- не обнаруживается каждый импульс радиолокационной станции (РЛС) противника, работающей с быстрой перестройкой частоты (БПЧ) от импульса к импульсу, и на каждый импульс не ставится помеха, что снижает эффективность радиолокационного обнаружения;

- увеличение пропускной способности достигается существенным, вплоть до неприемлемого, ростом массогабаритных характеристик и энергопотребления.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении пропускной способности и уменьшении времени реакции на новые угрозы, отсутствии пропуска угроз и одновременном подавлении целей во всем диапазоне рабочих частот, минимизации аппаратных затрат за счет расширения мгновенной полосы обзора.

Для достижения технического результата в многоканальном сверхширокополосном радиоприемном устройстве, содержащем антенну и N приемных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преселектора, преобразователя рабочей частоты на промежуточную частоту, гетеродинный вход которого соединен с выходом генератора, антенна выполнена в виде приемной антенной системы, представляющей собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр, в каждом приемном канале преселектор состоит из активного k-канального частотно-избирательного разветвителя и k полосно-пропускающих фильтров, преобразователь рабочей частоты на промежуточную частоту в каждом канале выполнен в виде k квадратурных демодуляторов, квадратурные выходы которых соединены с входами сумматора квадратурных составляющих, квадратурные выходы которого являются квадратурными выходами приемного канала, при этом генератор выполнен в виде модуля гетеродинов, формирующего сетку из k частот, выход модуля гетеродинов через модуль фазовращателей, в котором каждая j-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот синфазно разделяется с помощью синфазного делителя мощности на n составляющих, для которых добавляется индивидуальный фазовый сдвиг, соединен с гетеродинными входами преобразователя рабочей частоты на промежуточную частоту.

Изобретение поясняется структурной схемой многоканального сверхширокополосного радиоприемного устройства, показанной на фигуре.

На фигуре приняты обозначения:

1. Приемная антенная система (ПРМ_АС).

2. Приемные антенны (от A₁ до A_n).

3. Радиоприемное устройство (РПУ).

4. Активные k канальные частотно-избирательные разветвители (от АЧИР₁ до АЧИР_n).

5. Полосно-пропускающие фильтры (от ППФ₁ до ППФ_k).

6. Квадратурные демодуляторы (КДМ_i.j - КДМ_n.k).

7. Синфазные сумматоры мощности (от СУМ₁ до СУМ_n).

8. Модуль фазовращателей (МФВР).

9. Фазовращатели (от Δϕ₁ до Δϕ_n).

10. Синфазные делители мощности (от СДМ₁ до СДМ_k).

11. Модуль гетеродинов (МГЕТ).

Сигналы присутствующих в эфире радиоэлектронных средств (РЭС) принимаются приемной антенной системой (ПРМ_АС), представляющей собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр. Следовательно, в ПРМ_АС присутствуют n приемных антенн (A₁ - A_n).

Принятые в каждом канале сигналы РЭС поступают на РПУ, на преселектор, состоящий из активного k-канального частотно-избирательного разветвителя (АЧИР) и k полосно-пропускающих фильтров (ППФ₁ - ППФ_k).

АЧИР обеспечивает компенсацию потерь, возникающую при разветвлении сигналов, и одновременную параллельную работу всех ППФ. За счет этого достигается работа РПУ сразу во всем диапазоне рабочих частот, то есть мгновенная полоса обзора равна диапазону рабочих частот и, следовательно, достигает своего максимально возможного значения, соответствующего максимально возможной пропускной способности.

В каждом частотном канале, образованном преселектором, каждого антенного канала с помощью квадратурных демодуляторов (КДМ_i.j - КДМ_n.k), где КДМ_i.j соответствует i-ому приемному каналу и j-тому частотному каналу преселектора , происходит квадратурное преобразование частоты из соответствующего участка диапазона рабочих частот на нулевую промежуточную частоту (ПЧ). На выходе каждого КДМ образуется два квадратурных выхода ПЧ.

Для преобразования частоты в КДМ модуль гетеродинов (МГЕТ) формирует сетку из k одновременно работающих частот (f₁-f_k), своя частота гетеродина для каждого частотного канала преселектора, при этом каждая частота гетеродина настраивается на центральную частоту соответствующего ей ППФ. Таким образом, количество частот k в гетеродинной сетке совпадает с количеством частотных каналов преселектора или количеством ППФ в каждом приемном канале РПУ. Сетка частот с выходом МГЕТ поступает на модуль фазовращателей (МФВР), где каждая j-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот синфазно разделяется с помощью синфазного делителя мощности (СДМ) на n составляющих, по числу приемных каналов РПУ. Затем для каждой i-ой составляющей, соответствующей i'-ому приемному каналу РПУ , каждой j-ой частотной составляющей гетеродинной сетки частот, соответствующей j-ому частотному каналу преселектора, добавляется индивидуальный фазовый сдвиг с помощью фазовращателя Δϕ_i; или фазовый «окрас».

Сигналы всех частотных каналов с выходов КДМ в каждом приемном канале суммируются отдельно по каждой квадратурной составляющей синфазными сумматорами мощности (СУМ₁-СУМ_n). В дальнейшем их разделение и отнесение к конкретному гетеродину, с которым произошло преобразование частоты, и, соответственно, отнесение к конкретному частотному каналу, будет производиться за счет фазового «окраса» гетеродинной сетки частот и анализа фазового распределения на выходах РПУ.

Таким образом, достигается одновременная обработка всего диапазона рабочих частот, занимающего несколько полос промежуточной частоты (ПЧ), без увеличения количества параллельно работающих каналов обработки сигналов.

Пусть многоканальное сверхширокополосное радиоприемное устройство представляет собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр, в котором приемные антенны (A₁-A_n) расположены на одной линии, а база d_i соответствует расстоянию между антеннами A₁ и A_i и определяется формулой:

d_i=d*(i-1)+Δd*(i-1)², где

d и Δd - рассчитанные константы.

Пусть пеленгация осуществляется в угловом секторе ±β. При этом перенос сигналов из диапазона рабочих частот осуществляется гетеродинной сеткой из k одновременно работающих частот (f₁-f_k), где каждая j'-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот f_j синфазно разделяется на n составляющих, по числу приемных каналов РПУ. При этом в каждый i-й приемный канал РПУ все гетеродинные сигналы приходят с фазовым сдвигом (фазовым «окрасом»), определяемым формулой:

r_i=Δr*(i-1), где

Δr - рассчитанная константа.

Тогда измеренная разность фаз между сигналом, принятым i-ым приемным каналом радиоприемного устройства, для сигнала с частотой f_c, пришедшего под углом к нормали, проведенной к линии расположения приемных антенн, определяется формулой:

, где

с=3 10⁸ м/с - скорость света;

- частота гетеродина из гетеродинной сетки частот, с которой произошло преобразование частоты сигнала на нулевую ПЧ;

trunk(a) - функция взятия целой части числа а.

Фазовое распределение принятого сигнала по каналам радиоприемного устройства по формуле (1) является набором исходных данных для решения задачи обнаружения сигнала и измерения его частоты (определения частоты гетеродина из гетеродинной сетки частот, с которой произошло преобразование частоты сигнала на нулевую ПЧ) и пеленга. Для решения этой задачи необходимо вычислить условную вероятность приема сигнала как функцию направления прихода сигнала и частоты гетеродина, являющуюся по сути функцией правдоподобия, определяемую формулой:

, где

β - направление прихода сигнала;

ƒ - частота гетеродина;

w(i, β, ƒ) - опорная функция, определяемая формулой:.

Функция правдоподобия по формуле (2) вычисляется для всего возможного диапазона изменений направлений прихода сигналов и частот гетеродинов. Дискрет изменения направления прихода сигнала при вычислении функции правдоподобия целесообразно выбрать равным не более половины максимальной заданной ошибки пеленгования, но не менее значения, при котором вычислительный процесс станет неприемлемо долгим. Дискрет изменения частоты гетеродина должен соответствовать дискрету гетеродинной сетки. Искомые значения направления прихода сигнала и частоты гетеродина определяются по критерию превышения функцией правдоподобия принятого порогового значения.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных сверхвысокочастотных (СВЧ) радиоприемных устройствах, в частности в сверхширокополосных авиационных комплексах радиоэлектронного мониторинга, имеющих ограничения по массогабаритным характеристикам и энергопотреблению. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение пропускной способности и уменьшение времени реакции на новые угрозы, отсутствие пропуска угроз и одновременное подавление целей во всем диапазоне рабочих частот, минимизация аппаратных затрат за счет расширения мгновенной полосы обзора. В многоканальном сверхширокополосном радиоприемном устройстве антенна выполнена в виде приемной антенной системы, в каждом приемном канале преселектор состоит из активного k-канального частотно-избирательного разветвителя и k полосно-пропускающих фильтров, преобразователь рабочей частоты на промежуточную частоту в каждом канале выполнен в виде k квадратурных демодуляторов, генератор выполнен в виде модуля гетеродинов, формирующего сетку из k частот. В модуле фазовращателей каждая j-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот синфазно разделяется с помощью синфазного делителя мощности на n составляющих, для которых добавляется индивидуальный фазовый сдвиг. Антенная система представляет собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр. 1 ил.

Многоканальное сверхширокополосное радиоприемное устройство, содержащее антенну и N приемных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преселектора, преобразователя рабочей частоты на промежуточную частоту, гетеродинный вход которого соединен с выходом генератора, отличающееся тем, что антенна выполнена в виде приемной антенной системы, представляющей собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр, в каждом приемном канале преселектор состоит из активного k-канального частотно-избирательного разветвителя и k полосно-пропускающих фильтров, преобразователь рабочей частоты на промежуточную частоту в каждом канале выполнен в виде k квадратурных демодуляторов, квадратурные выходы которых соединены с входами сумматора квадратурных составляющих, квадратурные выходы которого являются квадратурными выходами приемного канала, при этом генератор выполнен в виде модуля гетеродинов, формирующего сетку из k частот, выход модуля гетеродинов через модуль фазовращателей, в котором каждая j-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот синфазно разделяется с помощью синфазного делителя мощности на n составляющих, для которых добавляется индивидуальный фазовый сдвиг, соединен с гетеродинными входами преобразователя рабочей частоты на промежуточную частоту.