Устройство измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенной системы радиопередатчиков с использованием беспилотного летательного аппарата Российский патент 2024 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к устройствам для измерения с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) характеристик электромагнитного поля, создаваемого совокупностью источников электромагнитного излучения, в частности может быть использовано для измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенных систем (ПРС) радиопередатчиков (РПД), одновременно излучающих на единой рабочей частоте некогерентные специальные сигналы с одинаковой шириной спектра, но имеющие отличительные персонифицированные структурно-временные признаки.

Известно устройство измерения параметров направленности передающей антенны, размещенное на БПЛА, состоящее из бортовой антенны, перестраиваемого полосового фильтра, широкополосного измерителя мощности, бортового приемника сигналов ГНСС, бортового накопителя информации, гироскопического датчика, датчика-компаса, имеющих между собой связи: выход бортовой антенны соединен с входом перестраиваемого полосового фильтра, выход которого соединен с входом широкополосного измерителя мощности, выход которого соединен с одним из входов бортового накопителя, выход гироскопического датчика соединен с другим входом накопителя информации, выход бортового приемника сигналов ГНСС соединен с третьим входом накопителя информации, выход датчика-компаса соединен с четвертым входом накопителя информации, обеспечивающее:

1) измерение уровня мощности принимаемого сигнала на борту БПЛА с помощью радиотехнического блока, состоящего из последовательно соединенных приемной антенны, перестраиваемого полосового фильтра, заблаговременно настроенного на пропускание сигнала с заданной несущей частотой и шириной спектра, и широкополосного измерителя мощности;

2) определение координат местоположения БПЛА и момента времени измерения в заданной точке маршрута с помощью приемника ГНСС, обеспечивающего прием не только сигналов ГНСС, но и дифференциальных поправок от контрольно-корректирующей станции (ККС) в интересах повышения точности координатно-временных определений;

3) определение углового положения бортовой антенны относительно исследуемой путем измерения угловой ориентации БПЛА в пространстве (углы курса, крена, тангажа и рыскания) с использованием датчика-компаса и гироскопического датчика;

4) фиксацию результатов измерения уровня принимаемого сигнала и результатов определения угловой ориентации БПЛА в пространстве, привязанных к шкале времени и координатам точки измерения с использованием бортового накопителя информации для последующей постобработки (отложенной обработки после посадки БПЛА) с использованием наземного информационно-вычислительного комплекса.

Недостатком данного устройства-прототипа является невозможность измерения в заданной точке рабочего пространства амплитуды каждого из некогерентных парциальных сигналов с одинаковой шириной спектра, создаваемых РПД из состава ПРС РПД при их одновременном функционировании на единой рабочей частоте.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении возможности измерения в заданной точке рабочего пространства не только суммарной мощности совокупности всех некогерентных сигналов ПРС РПД, но и амплитуды каждого из некогерентных парциальных сигналов РПД, входящих в состав ПРС РПД.

Технический результат измерений достигается тем, что в устройство-прототип дополнительно введен блок согласованных фильтров, блок управления и съемный защищенный машинный носитель информации, в бортовой накопитель информации дополнительно введены М входов, m=1, 2, …, М, а в перестраиваемый полосовой фильтр введен дополнительный вход, имеющие следующие связи между собой: съемный защищенный машинный носитель информации через разъем Х1 соединен с входом блока управления, один выход блока управления соединен с одним из входов блока согласованных фильтров, другой выход блока управления соединен с другим входом блока согласованных фильтров, а третий выход блока управления соединен с дополнительным входом перестраиваемого полосового фильтра, выход которого соединен как с входом широкополосного измерителя мощности, так и с третьим входом блока согласованных фильтров, М выходов блока согласованных фильтров соединены с М входами бортового накопителя информации, где m=1, 2, …, М, при этом блок согласованных фильтров состоит из гетеродина, преобразователя частоты, аналого-цифрового преобразователя, квадратурного преобразователя частоты, М цифровых согласованных фильтров и М устройств оценки амплитуды сигналов, имеющих следующие связи между собой: вход гетеродина является одним из входов блока согласованных фильтров и соединен с одним из выходов блока управления, выход гетеродина соединен с одним из входов преобразователя частоты, у которого другой вход является одним из входов блока согласованных фильтров и соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра, выход преобразователя частоты соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом квадратурного преобразователя частоты, выход которого соединен с одним из входов каждого из М цифровых согласованных фильтров, другой вход каждого из М цифровых согласованных фильтров является одним из входов блока согласованных фильтров и соединен с выходом блока управления, выходы М цифровых согласованных фильтров соединены с соответствующими входами М устройств оценки амплитуды сигналов, выходы которых являются М выходами блока согласованных фильтров и соединены с соответствующими М входами бортового накопителя информации.

Существо изобретения поясняется рисунками.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенной системы радиопередатчиков с использованием беспилотного летательного аппарата, на фиг. 2 приведена структурная схема блока согласованных фильтров.

Устройство измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенной системы радиопередатчиков с использованием беспилотного летательного аппарата состоит из размещенных на БПЛА 1 бортового приемника ГНСС 1.1, бортового гироскопического датчика 1.2, бортового накопителя информации 1.3, бортового датчика-компаса 1.4, бортовой антенны 1.5, перестраиваемого полосового фильтра 1.6, широкополосного измерителя мощности 1.7, блока согласованных фильтров 1.8, блока управления 1.9 и съемного защищенного машинного носителя информации 1.10, которые имеют следующие связи между собой. Выход бортового приемника ГНСС 1.1 соединен с одним из входов бортового накопителя информации 1.3. Выход бортового гироскопического датчика 1.2 соединен с другим входом бортового накопителя информации 1.3, выход датчика-компаса 1.4 соединен с третьим входом бортового накопителя информации 1.3. Выход бортовой антенны 1.5 соединен с одним из входов перестраиваемого полосового фильтра 1.6, выход которого соединен с первым входом блока согласованных фильтров 1.8 и с входом широкополосного измерителя мощности 1.7, выход которого соединен с четвертым входом бортового накопителя информации 1.3. Выход защищенного машинного носителя информации 1.10 соединен через разъем Х1 с входом блока управления 1.9, у которого многоканальный выход соединен с многоканальным входом блока согласованных фильтров 1.8, другой выход соединен с одним из входов входом блока согласованных фильтров 1.8, а третий выход блока управления 1.9 соединен с дополнительным входом перестраиваемого полосового фильтра 1.6. М выходов блока согласованных фильтров 1.8 соединены с соответствующими М входами бортового накопителя информации 1.3. При этом блок согласованных фильтров 1.8 состоит из: гетеродина 1.8.1, преобразователя частоты 1.8.2, аналого-цифрового преобразователя 1.8.3, квадратурного преобразователя частоты 1.8.4, М цифровых согласованных фильтров 1.8.5.m, m=1, 2, …, М, и М устройств оценки амплитуды сигналов 1.8.6.m, m=1, 2, …, М, имеющих следующие связи между собой: вход гетеродина 1.8.1 является одним из входов блока согласованных фильтров 1.8 и соединен с одним из выходов блока управления 1.9, выход гетеродина 1.8.1 соединен с одним из входов преобразователя частоты 1.8.2, у которого другой вход является одним из входов блока согласованных фильтров 1.8 и соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра 1.6, выход преобразователя частоты 1.8.2 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 1.8.3, выход которого соединен с входом квадратурного преобразователя частоты 1.8.4, выход которого соединен с одним из входов каждого из М цифровых согласованных фильтров 1.8.5.m, m=1, 2, …, М, другой вход каждого из М цифровых согласованных фильтров 1.8.5.m, m=1, 2, …, М, является многоканальным входом блока согласованных фильтров 1.8 и соединен с многоканальным выходом блока управления 1.9, выходы М цифровых согласованных фильтров 1.8.5.m, m=1, 2, …, М, соединены с соответствующими входами М устройств оценки амплитуды сигналов 1.8.6.m, m=1, 2, …, М, выходы которых являются М выходами блока согласованных фильтров 1.8 и соединены с соответствующими М входами бортового накопителя информации, m=1, 2, …, М.

Устройство измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенной системы радиопередатчиков с использованием беспилотного летательного аппарата работает следующим образом.

Пространственно-распределенная система радиопередатчиков 2, состоящая из совокупности N радиопередатчиков 2.n, n = 1, 2, …, N, при этом N<М, целесообразным образом дислоцированных на земной поверхности и одновременно излучающих на единой рабочей частоте f₀ некогерентные специальные сигналы с одинаковой шириной спектра Δf, но имеющие отличительные персонифицированные структурно-временные параметры (ПСВП). Каждый РПД 2.n включает в себя антенну 2.1 и генератор 2.2, в который вводится внешняя информация о заданной несущей частоте f₀, ширине спектра Δf и соответствующей ПСВП_n формируемого сигнала. При этом выход генератора 2.2 соединен с входом антенны 2.1, с выхода которой осуществляется излучение специального сигнала РПД 2.n на рабочей частоте f₀ с заданной шириной спектра Δf и имеющего отличительные персонифицированные структурно-временные параметры ПСВП _n.

Измерение параметров радиосигналов пространственно-распределенной системы радиопередатчиков осуществляется следующим образом.

Перед запуском БПЛА к блоку управления 1.9 через разъем Х1 подключают защищенный машинный носителя информации 1.10, в котором находится информация о заданной несущей частоте f₀ и ширине спектра Δf принимаемых сигналов, заданной частоте гетеродина f₀-f_пч и персонифицированные структурно-временные параметры ПСВП_n сигналов каждого РПД 2.1_n из состава ПРС РПД 2, которая поступает в блок управления 1.9. Блок управления 1.9 направляет информацию о заданной несущей частоте f₀ и ширине спектра Δf принимаемых сигналов в перестраиваемый полосовой фильтра 1.6, который производит настройку полосового фильтра 1.6 в соответствии с принятыми параметрами. Блок управления 1.9 направляет информацию о заданной частоте гетеродина f₀-f_пч и персонифицированные структурно-временные параметры ПСВП_n сигналов каждого РПД 2.1_n из состава ПРС РПД 2 в блок согласованных фильтров 1.8, причем информация о заданной частоте гетеродина f₀-f_пч поступает в гетеродин 1.8.1, а персонифицированные структурно-временные параметры ПСВП_n поступают в цифровые согласованные фильтры 1.8.5.m, m=1, 2, …, М. После этого БПЛА 1 перемещается в заданную точку рабочего пространства ПРС РПД 2 в соответствии с заложенной в БПЛА 1 программой полета.

В заданной точке на вход бортовой антенны 1.6 поступает электромагнитное поле (ЭМП) совокупности сигналов всех РПД 2.1_n, входящих в состав ПРС РПД 2, на единой рабочей частоте f₀, с заданной шириной спектра Δf и имеющих отличительные персонифицированные структурно-временные параметры ПСВП_n. В бортовой антенне 1.6 осуществляется преобразование входного ЭМП в соответствующий электрический сигнал и передача его в перестраиваемый полосовой фильтр 1.6, где формируется совокупный сигнал всех РПД 2.1_n на заданной частоте настройки фильтра f₀ в заданной полосе частот фильтра Δf, который далее поступает в широкополосный измеритель мощности 1.7 и в блок согласованных фильтров 1.8, непосредственно в преобразователь частоты 1.8.2.

В широкополосном измерителе мощности 1.7 осуществляется измерение суммарной мощности совокупности сигналов всех РПД 2.n, входящих в состав ПРС РПД 2, излученных на единой рабочей частоте f₀, с заданной шириной спектра Δf. Результаты измерения суммарной мощности с выхода широкополосного измерителя мощности 1.7 поступают в накопитель информации 1.3, где осуществляется их регистрация с привязкой к моменту времени измерения и координатам заданной точки рабочего пространства ПРС РПД 2, значения которых поступают в накопитель информации 1.3 с приемника ГНСС 1.1, а также к параметрам угловой ориентации БПЛА 1 в пространстве, значения которых поступают в накопителя информации 1.3 от датчика-компаса 1.4 (угол курса) и от гироскопического датчика 1.2 (углы крена, тангажа и рыскания). Высокоточное определение координат БПЛА 1 и момента времени измерения осуществляется в приемнике ГНСС 1.1 на основании навигационных сигналов, поступающих от навигационных космических аппаратов (НКА) 3 ГНСС и сигналов дифференциальных поправок, поступающих от контрольно-корректирующей станции (ККС) 4.

Гетеродин 1.8.1, настроенный на заданную частоту f₀-f_пч по информации из блока управления 1.9, формирует опорный сигнал на заданной частоте f₀-f_пч и передает его в преобразователь частоты 1.8.2, где осуществляется преобразование совокупного сигнала на промежуточную частоту f_пч и передача его в аналого-цифровой преобразователь 1.8.3, где осуществляется дискретизация и квантование сигнала с формированием цифровых отсчетов совокупного сигнала на промежуточной частоте. Полученные в аналого-цифровом преобразователе 1.8.3 цифровые отсчеты совокупного сигнала передаются в квадратурный преобразователь частоты 1.8.4, где осуществляется перенос спектра совокупного сигнала на «нулевую» частоту с формированием комплексных цифровых отсчетов совокупного сигнала, которые далее параллельно поступают в N из М цифровых согласованных фильтров 1.8.5.m, m = 1, 2, …, M, в которые от блока управления 1.9 поступает информация о персонифицированных структурно-временных параметрах ПСВП_n сигналов соответствующих РПД 2.n, n = 1, 2, …, N, из состава ПРС РПД 2.

В m-ом цифровом согласованном фильтре 1.8.5.m, m = 1, 2, …, M, осуществляется выделение из совокупного сигнала на нулевой частоте сигнала n-го РПД 2.n с учетом заданных персонифицированных структурно-временных параметров ПСВП_n. При этом максимальное значение сигнала на выходе цифрового согласованного фильтра 1.8.5.m, полученное за время накопления сигнала в согласованном фильтре 1.8.5.m, будет зависеть от значения амплитуды принятого сигнала n-го РПД 2.n.

Выходные сигналы цифровых согласованных фильтров 1.8.5.m, m=1, 2, …, M, поступают на соответствующие входы N устройств оценки амплитуды сигналов 1.8.6.m, m=1, 2, …, M, на N выходах которых формируются значения амплитуды сигналов каждого РПД 2.n, n=1, 2, …, N, поступающие на N из М входов накопителя информации 1.3 для их регистрации с привязкой к моменту времени измерения и координатам заданной точки рабочего пространства ПРС РПД 2, поступающим на вход накопителя информации 1.3 с выхода приемника ГНСС 1.1, а также к параметрам угловой ориентации БПЛА 1 в пространстве, поступающим на входы накопителя информации 1.3 с выхода датчика-компаса 1.4 (угол курса) и гироскопического датчика 1.2 (углы крена, тангажа и рыскания).

Таким образом, предложенное устройство измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенной системы радиопередатчиков с использованием беспилотного летательного аппарата обеспечивает возможность измерения в заданной точке рабочего пространства пространственно-распределенной системы радиопередатчиков не только суммарной мощности совокупности всех некогерентных сигналов радиопередатчиков, но и амплитуды каждого из некогерентных парциальных сигналов радиопередатчиков, входящих в состав пространственно-распределенной системы, и их регистрации с привязкой к моменту времени измерения, координатам заданной точки рабочего пространства и параметрам угловой ориентации БПЛА в пространстве.

Источник информации

1. Патент №2626561 Российская Федерация, МПК G01R 29/10 (2006.01). Способ измерения параметров направленности антенны с помощью БПЛА методом облета : №2016114365 : заявл. 13.04.2016 : опубл. 28.07.2017 /Классен В.И., Левитан Б.А., Просвиркин И.А., Топчиев С.А. - 9 с. : ил. - Текст : непосредственный.

Изобретение относится к устройствам для измерения характеристик электромагнитного поля, создаваемого совокупностью источников электромагнитного излучения, с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано для измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенных систем (ПРС) радиопередатчиков (РПД), одновременно излучающих на единой рабочей частоте некогерентные специальные сигналы с одинаковой шириной спектра, но имеющие отличительные персонифицированные структурно-временные признаки. Технический результат: обеспечение возможности измерения в заданной точке пространства как суммарной мощности совокупности всех некогерентных сигналов ПРС РПД, так и амплитуды каждого из некогерентных парциальных сигналов РПД, входящих в состав ПРС РПД. Сущность: устройство состоит из бортовой антенны, перестраиваемого полосового фильтра, широкополосного измерителя мощности, бортового приемника сигналов ГНСС, бортового накопителя информации, гироскопического датчика, датчика-компаса, блока согласованных фильтров, блока управления и съемного защищенного машинного носителя информации. Бортовой накопитель информации дополнительно содержит М входов, m=1, 2, …, М. Перестраиваемый полосовой фильтр имеет дополнительный вход. Блок согласованных фильтров состоит из гетеродина, преобразователя частоты, аналого-цифрового преобразователя, квадратурного преобразователя частоты, М цифровых согласованных фильтров и М устройств оценки амплитуды сигналов. 2 ил.

Устройство измерения параметров радиосигналов пространственно-распределенной системы (ПРС) радиопередатчиков (РПД) с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА), состоящее из бортовой антенны, перестраиваемого полосового фильтра, широкополосного измерителя мощности, бортового приемника сигналов ГНСС, бортового накопителя информации, гироскопического датчика, датчика-компаса, отличающееся тем, что дополнительно введен блок согласованных фильтров, блок управления и съемный защищенный машинный носитель информации, в бортовой накопитель информации дополнительно введены М входов, m=1, 2, …, М, а в перестраиваемый полосовой фильтр введен дополнительный вход, имеющие следующие связи между собой: съемный защищенный машинный носитель информации через разъем Х1 соединен с входом блока управления, многоканальный выход блока управления соединен с многоканальным входом блока согласованных фильтров, другой выход блока управления соединен с одним из входов блока согласованных фильтров, а третий выход блока управления соединен с дополнительным входом перестраиваемого полосового фильтра, выход которого соединен как с входом широкополосного измерителя мощности, так и с третьим входом блока согласованных фильтров, М выходов блока согласованных фильтров соединены с М входами бортового накопителя информации, где m=1, 2, …, М, при этом блок согласованных фильтров состоит из гетеродина, преобразователя частоты, аналого-цифрового преобразователя, квадратурного преобразователя частоты, М цифровых согласованных фильтров и М устройств оценки амплитуды сигналов, имеющих следующие связи между собой: вход гетеродина является одним из входов блока согласованных фильтров и соединен с одним из выходов блока управления, выход гетеродина соединен с одним из входов преобразователя частоты, у которого другой вход является одним из входов блока согласованных фильтров и соединен с выходом перестраиваемого полосового фильтра, выход преобразователя частоты соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом квадратурного преобразователя частоты, выход которого соединен с одним из входов каждого из М цифровых согласованных фильтров, другой вход каждого из М цифровых согласованных фильтров является одним из входов блока согласованных фильтров и соединен с выходом блока управления, выходы М цифровых согласованных фильтров соединены с соответствующими входами М устройств оценки амплитуды сигналов, выходы которых являются М выходами блока согласованных фильтров и соединены с соответствующими М входами бортового накопителя информации.