ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ И ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 2024 года по МПК G01S3/46 

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников излучения сигналов.

Известны фазовые способы пеленгации, фазовые пеленгаторы и структуры приемников фазовых пеленгаторов (патенты РФ №2631422, РФ №2669385, РФ №2681203, Космические траекторные измерения. Под общей редакцией П.А. Агаджанова и др. М.: Сов. Радио, 1969, с. 244-245).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является фазовый способ пеленгации и фазовый пеленгатор патент РФ №2681203, который и выбран в качестве прототипа.

Известный способ основан на приеме сигнала на две разнесенные антенны, преобразовании принимаемых сигналов двумя приемниками соответственно, измерении разности фаз этих сигналов, измерении спектра принимаемого сигнала, вычислении корреляционной функции сигнала, определении значения корреляционно-фазовой частоты, вычислении времени задержки принимаемых сигналов и вычислении косинуса направляющего угла на источник излучения.

Недостатком прототипа является то, что он не обеспечивает в процессе обработки согласование полосы пропускания приемников с шириной спектра принимаемого сигнала, что снижает точность измерения времени задержки принимаемого сигнала и, как следствие, точность вычисления косинуса направляющего угла.

Технической задачей изобретения является повышение точности вычисления косинуса направляющего угла на источник излучения за счет согласования полосы пропускания приемных каналов с шириной спектра принимаемого сигнала.

Технический результат - патентуемое изобретение обеспечивает создание фазовых пеленгаторов с повышенной точностью определения косинусов направляющих углов на источник излучения.

Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием и чертежом, представленным на фиг. 1.

На фиг. 1 приведена структурная схема патентуемого фазового пеленгатора, реализующего предлагаемый фазовый способ пеленгации широкополосных сигналов. Фазовый пеленгатор содержит две разнесенные антенны 1 и 2, последовательно соединенные с ними два усилителя высокой частоты 3 и 4, последовательно соединенные с ними два смесителя 5 и 6, последовательно соединенные с ними два полосовых фильтра с регулируемой полосой пропускания 7 и 8, последовательно соединенные с ними две линии задержки 9 и 10 соответственно, гетеродин 11, выход которого соединен со вторыми входами смесителей 5 и 6, фазометр 12, входы которого соединены с выходами линий задержки 9 и 10 соответственно, вычислитель 15, первый вход которого соединен с выходом фазометра 12, последовательно соединенные анализатор спектра 13 и анализатор корреляционной функции 14, причем вход анализатора спектра 13 соединен свыходом первого смесителя 5, выходы анализатора спектра 13 и анализатора корреляционной функции 14 соединены со вторым и третьим входами вычислителя 15 соответственно, первый выход которого соединен с управляющими входами полосовых фильтров 7 и 8, второй и третий выходы вычислителя 15 соединены с управляющими входами линий задержки 9 и 10 соответственно.

Известно, что оптимальная обработка сигналов, обеспечивающая максимальное отношение сигнал/шум, предусматривает согласование полосы пропускания приемного канала Δƒ с шириной спектра сигнала Δƒ_c [1].

В результате обеспечивается оптимальная обработка принимаемых сигналов и, как следствие, повышается точность измерения разности фаз этих сигналов. Такое соотношение полосы пропускания приемных каналов и ширины спектра принимаемых сигналов является оптимальным при входном отношении сигнал/шум много меньше единицы. При больших отношениях сигнал/шум, т.е. когда отсутствует необходимость селекции сигнала из шумов, любая фильтрация приводит к ослаблению энергии принятого сигнала и уменьшению полезного эффекта. В пределе, когда входное отношение сигнал/шум много больше единицы, оптимальный фильтр имеет бесконечно большую полосу пропускания.

Для обоснования этого положения рассмотрим отношение сигнал/шум на выходе фазометра, подразумевая, что он реализует корреляционную обработку входных сигналов, т.е. перемножает их и усредняет.

Выходное отношение сигнал/шум при корреляционной обработке сигналов имеет вид [1]:

где Δƒ - полоса пропускания полосового фильтра;

Т - время усреднения;

Р_вх - мощность сигнала на входе фазометра;

Р_ш - мощность шума на входе фазометра;

q_вх - входное отношение сигнал/шум.

Пусть огибающая спектра входного сигнала описывается выражением:

S(ƒ)=S₀/1+(2ƒ/Δƒ_с)²,

где S₀ - спектральная плотность сигнала,

Δƒ_с - ширина спектра сигнала, а огибающая частотной характеристики полосового фильтра выражением: К(ƒ)=1/1+(2ƒ/Δƒ)², условно считая, что коэффициент усиления полосового фильтра равен единице.

Известно, что при корреляционной обработке широкополосных сигналов уровень выходного сигнала зависит от пространственной задержки обрабатываемых сигналов. Чем больше ширина спектра и время задержки обрабатываемых сигналов, тем меньше уровень выходного сигнала за счет декорреляции. Поэтому для обеспечения оптимальной обработки необходимо компенсировать пространственную задержку сигналов.

Мощность сигнала на входе фазометра запишем с учетом влияния полосового фильтра:

Мощность шума преобразуем к виду: Р_ш=S_шπΔƒ/2=S_шπΔƒ_сх/2=Р_шсх,

где Р_шс - мощность шума, нормированная в полосе сигнала, S_ш - спектральная плотность шума.

При таком подходе выражение для входного отношения сигнал/шум принимает вид:

где q_н - входное отношение сигнал/шум, нормированное в полосе сигнала.

С учетом (2) выражение (1) принимает вид:

Продифференцировав выражение (3) по х и приравняв производную нулю можно найти соотношение полосы пропускания полосового фильтра и ширины спектра сигнала, соответствующее максимальному выходному отношению сигнал/шум

Поэтому для обеспечения оптимальной обработки принимаемых сигналов, т.е. для получения максимального значения отношения сигнал/шум на выходе фазометра необходимо оценивать не только ширину спектра сигнала, но и рассчитывать входное отношение сигнал/шум нормированное в полосе сигнала.

Суть предлагаемого фазового способа пеленгации широкополосных сигналов заключается в следующем. С помощью анализатора спектра 13 перед началом работы измеряют спектральную плотность шумов приемной аппаратуры S_ш, во время работы измеряют спектр сигнала S(ƒ), мощность сигнала Р_с и ширину спектра сигнала Δƒ_с. Вычисляют мощность шумов, нормированную в полосе сигнала, Р_шс=S_шπΔƒ_с/2 и входное отношение сигнал/шум, нормированное в полосе сигнала, q_н=Р_с/Р_шс. Вычисляют оптимальное значение полосы пропускания полосовых фильтров и устанавливают это значение на полосовых фильтрах. Измеряют разность фаз принимаемых сигналов Δϕ и центральную частоту спектра ƒ₀. Вычисляют время задержки сигналов τ₀=Δϕ/2πƒ₀ и устанавливают это значение на соответствующей компенсирующей линии задержки. С помощью анализатора корреляционной функции 14 вычисляют корреляционную функцию сигнала Вычисляют функцию корреляционно-фазовой частоты и определяютдействующее значение корреляционно-фазовой частоты в котором учтена форма спектра сигналов. Вычисляют уточненное значение времени задержки принимаемых сигналов Косинус направляющего угла, угла между направлением на источник излучения и линией соединяющей разнесенные антенны, вычисляют по формуле где с - скорость света, l - расстояние между антеннами.

Литература:

1. Винокуров В.И., Ваккер Р.А. Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах. М., «Советское радио», 1972 г, с. 140-148.

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников излучения сигналов. Техническим результатом изобретения является повышение точности вычисления косинуса направляющего угла на источник излучения за счет согласования полосы пропускания приемных каналов с шириной спектра принимаемого сигнала. Фазовый пеленгатор дополнительно содержит полосовые фильтры с регулируемой полосой пропускания, что позволяет автоматически согласовывать полосу пропускания приемных каналов с шириной спектра принимаемых сигналов по результатам спектральных измерений, и компенсирующие линии задержки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Фазовый способ пеленгации широкополосных сигналов, основанный на приеме сигнала на две разнесенные антенны, усилении сигналов усилителями высокой частоты, преобразовании сигналов с помощью смесителей и гетеродина, фильтрации сигналов полосовыми фильтрами, измерении разности фаз этих сигналов, измерении спектра принимаемого сигнала, вычислении корреляционной функции сигнала, определении значения корреляционно-фазовой частоты, вычислении времени задержки принимаемых сигналов и вычислении косинуса направляющего угла на источник излучения, отличающийся тем, что измеряют спектральную плотность шумов приемной аппаратуры, измеряют ширину спектра принимаемого сигнала, вычисляют мощность шума в пределах ширины спектра сигнала, вычисляют полосу пропускания полосовых фильтров, соответствующую максимальному отношению сигнал/шум на выходе фазометра, и устанавливают полосу пропускания полосовых фильтров в соответствии с вычисленным оптимальным значением, по результатам вычисления времени задержки принимаемых сигналов вводят компенсирующие задержки для устранения декорреляции при корреляционной обработке широкополосных сигналов.

2. Фазовый пеленгатор, содержащий две разнесенные антенны, последовательно соединенные с ними два усилителя высокой частоты, последовательно соединенные с ними два смесителя, последовательно соединенные с ними два полосовых фильтра, гетеродин, выход которого соединен со вторыми входами смесителей, фазометр, вычислитель, первый вход которого соединен с выходом фазометра, последовательно соединенные анализатор спектра и анализатор корреляционной функции, причем вход анализатора спектра соединен с выходом первого смесителя, выходы анализатора спектра и анализатора корреляционной функции соединены со вторым и третьим входами вычислителя соответственно, отличающийся тем, что полосовые фильтры выполнены с регулируемой полосой пропускания, а первый выход вычислителя соединен с управляющими входами полосовых фильтров, введены две линии задержки, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров соответственно, а выходы - с первым и вторым входами фазометра соответственно, при этом второй и третий выход вычислителя соединены с управляющими входами линий задержки соответственно.