Радиопеленгатор с компенсацией помех Российский патент 2024 года по МПК G01S3/10 H04B1/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга, радиопеленгаторах, а также аналогичных средствах и системах, в которых осуществляется определение направления на источник радиоизлучения (ИРИ) в интересах их последующей локализации. Известен радиопеленгатор [см., например, Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / под ред. А.М. Рембовского. - М.: Горячая линия-Телеком, С. 261-262], включающий последовательно соединенные рамочную антенну, усилитель высокой частоты, балансный модулятор, приемник с штыревой антенной, фазовый детектор, усилитель, двигатель рамочной антенны, сельсин датчик, сельсин приемник, индикатор, при этом рамочная антенна соединена с двигателем рамочной антенны, которая за счет рамочной антенны формируется диаграмма направленности в виде кардиоиды, которая периодически перемещается из левой полуплоскости в правую за счет периодического изменения фазы сигнала в балансном модуляторе с выхода рамочной антенны на сто восемьдесят градусов. Таким образом формируются две симметричные диаграммы, что позволяет за счет системы фазовой автоподстройки получить одно устойчивое равносигнальное направление, указывающее в направлении на ИРИ.

Недостатком является низкая точность определения пеленга на ИРИ при малых отношениях сигнал-шум.

Известен радиопеленгатор [см., например, Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов, 1997. С. 8-10, рис. 1.1, с. 129], включающий последовательно соединенные четырехэлементную антенную решетку (АР), параллельно включенные первый и второй вычитающие устройства (ВУ), делитель напряжения, вычислитель функции арктангенса, согласно изобретения осуществляется фазово-амплитудное преобразование выходных напряжений антенных элементов (АЭ) и формирование разностных напряжений пеленгационных пар АЭ ориентированных по сторонам света (север, юг, запад, восток) в результате чего информация о направлении на ИРИ переносится из соотношений фаз в АЭ в соотношение амплитуд с последующим делением разностных напряжений ортогональных пеленгационных пар и вычислением функции арктангенса. Таким образом вычисляется пеленг на ИРИ.Недостатком является низкая точность определения пеленга на ИРИ при малых отношениях сигнал-шум.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является устройство [см. Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов, 1997. С. 53-54, рис. 2.7, с. 134], существо которого заключается в последовательном разложении на квадратурные составляющие принятого каждым из АЭ входного процесса с последующим вычислением вектора выборок оценок фаз на выходе первого вычислителя арктангенса, где - фаза входного процесса на выходе n-го АЭ. На основании чего оценивается степень корреляции элементов выборки оценок фаз принятого сигнала и цифровых опорных квадратурных сигналов , . Результат оценки корреляции в виде мнимой и действительной частей комплексных коэффициентов дискретного преобразования Фурье последетекторной выборки оценок фаз является достаточной статистикой для оценки пеленга .Устройство прототип содержит последовательно соединенные N элементную АР, N канальный коммутатор, параллельно соединенные первый и второй каналы квадратурной обработки каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор, при этом первые входы первого и второго перемножителей соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с выходом N канального коммутатора, а их вторые входы соединены с выходами первого и второго функциональных генераторов соответственно, объединенные входы которых соединены с выходом опорного элемента (ОЭ) АР, а вторые входы первого и второго интеграторов соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с первым выходом опорного генератора (ОГ), последовательно соединенные первый делитель напряжения, первый вычислитель арктангенса, первая, вторая, n-я линии задержки (ЛЗ), где n=1, 2, …, N - канальный сумматор, первый, второй, третий и n-й входы которого соединены соответственно с объединенным выходом первого вычислителя арктангенса и входом первой ЛЗ, объединенным выходом первой ЛЗ и входом второй ЛЗ, объединенным выходом второй ЛЗ и входом n-й ЛЗ и выходом n-й ЛЗ соответственно, параллельно включенные каналы корреляционной обработки оценок фаз каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и накопитель, при этом входы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз объединены и соединены с выходом N канального сумматора, а выходы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз соединены с первым и вторым входами второго делителя напряжения, выход которого соединен с входом второго вычислителя арктангенса, выход которого является выходом устройства, а вторые входы третьего и четвертого перемножителей первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз соответственно соединены с соответствующими выходами третьего и четвертого функциональных генераторов соответственно, входы которых объединены со вторым выходом ОГ выход которого соединен с управляющим входом N канального коммутатора.Недостатком является низкая точность определения пеленга на ИРИ при малых отношениях сигнал-шум.

Техническим результатом изобретения является повышение точности пеленгования ИРИ за счет увеличения отношения сигнал-шум на выходе первого вычислителя арктангенса путем компенсации аддитивного гауссового шума на выходах первого и второго каналов квадратурной обработки.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные N элементную АР, N канальный коммутатор, параллельно соединенные первый и второй каналы квадратурной обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор, при этом первые входы первого и второго перемножителей соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с выходом N канального коммутатора, а их вторые входы соединены с выходами первого и второго функциональных генераторов соответственно, объединенные входы которых соединены с выходом ОЭ АР, а вторые входы первого и второго интеграторов соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с первым выходом ОГ, последовательно соединенные первый делитель напряжения, первый вычислитель арктангенса, первая, вторая, n-я ЛЗ, n-канальный сумматор, первый, второй, третий и n-й входы которого соединены соответственно с объединенным выходом первого вычислителя арктангенса и входом первой ЛЗ, объединенным выходом первой ЛЗ и входом второй ЛЗ, объединенным выходом второй ЛЗ и входом n-й ЛЗ и выходом n-й ЛЗ соответственно, параллельно включенные каналы корреляционной обработки оценок фаз каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и накопитель, при этом входы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз объединены и соединены с выходом N канального сумматора, а выходы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз соединены с первым и вторым входами второго делителя напряжения, выход которого соединен с входом второго вычислителя арктангенса, выход которого является выходом устройства, а вторые входы третьего и четвертого перемножителей соединены с соответствующими выходами третьего и четвертого функциональных генераторов соответственно, входы которых объединены со вторым выходом ОГ и управляющим входом N канального коммутатора, отличающееся тем, что дополнительно введены первый и второй параллельно включенные каналы автокорреляционной обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор, выходы которых соединены с входами дополнительно введенного первого вычитающего устройства (ВУ), при этом первые входы дополнительно введенных пятого и шестого перемножителей первого и второго каналов автокорреляционной обработки объединены и соединены с выходом N канального коммутатора, а второй вход пятого перемножителя в дополнительно введенном первом автокорреляционном канале обработки соединен с выходом дополнительно введенной ЛЗ, вход которой соединен с объединенными входами первого и второго автокорреляционных каналов обработки и выходом N канального коммутатора, при этом второй вход шестого перемножителя в дополнительно введенном втором автокорреляционном канале обработки объединен с его первым входом, выход дополнительно введенного первого ВУ соединен с вторыми входами параллельно включенных дополнительно введенных вторым и третьим ВУ, при этом их первые входы соединены с выходами интеграторов первого и второго каналов квадратурной обработки соответственно, а выходы с входами первого делителя напряжения.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введены первый и второй параллельно включенные каналы автокорреляционной обработки каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор выходы которых соединены с входами дополнительно введенного первого ВУ, при этом первые входы дополнительно введенных пятого и шестого перемножителей первого и второго каналов автокорреляционной обработки объединены и соединены с выходом N канального коммутатора, а второй вход пятого перемножителя в дополнительно введенном первом автокорреляционном канале обработки соединен с выходом дополнительно введенной ЛЗ, с длительностью задержки определяемой временем корреляции шума в канале приема, вход которой соединен с объединенными входами первого и второго автокорреляционных каналов обработки и выходом N канального коммутатора, при этом второй вход шестого перемножителя в дополнительно введенном втором автокорреляционном канале обработки объединен с его первым входом, выход дополнительно введенного первого ВУ соединен с вторыми входами параллельно включенных дополнительно введенных вторым и третьим ВУ при этом их первые входы соединены с выходами интеграторов первого и второго каналов квадратурной обработки соответственно, чем обеспечивают измерение средней мощности шумовой (помеховой) составляющей независимо от наличия сигнала и его уровня на выходе первого ВУ и компенсацию шумовой (помеховой) составляющей на входах первого делителя напряжения, что обеспечивает увеличение отношение сигнал-шум (ОСШ) при оценивании фаз сигнала на выходах каждого АЭ АР, а, следовательно, точность пеленгования повышается, чем и достигается технический результат.

Поэтому введенные согласно изобретению блоки обеспечивают измерение средней мощности шумовой (помеховой) составляющей входного процесса в виде аддитивной смеси полезного радиосигнала ИРИ и шума (помехи) на основе двухканальной автокорреляционной обработки, при этом на выходе первого канала автокорреляционной обработки за счет перемножения и интегрирования входного процесса до и после ЛЗ формируется напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности одной только сигнальной составляющей вследствие некоррелированности шума при его временной задержке на длительность, превышающую время его корреляции, а на выходе второго канала автокорреляционной обработки формируется напряжение с уровнем, соответствующем суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума (помехи). Таким образом, это позволяет осуществить алгоритмическое вычитание значения средней мощности одной только сигнальной составляющей из уровня, соответствующего суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума (помехи). Результатом алгоритмического вычитания на выходе дополнительно введенного первого ВУ будет уровень напряжения, соответствующий средней мощности одной шумовой (помеховой) составляющей. Это, в свою очередь, позволяет реализовать в первом и втором квадратурных каналах обработки компенсацию шумовой (помеховой) составляющей на входах первого делителя напряжений путем вычитания из уровня напряжения, соответствующего значению корреляционного интеграла на выходе каждого из каналов обработки. Это обусловит увеличение ОСШ при оценивании фаз сигнала на выходе первого вычислителя арктангенса, а, следовательно, повысит точность пеленгования.Определение средней мощности шумовой (помеховой) составляющей аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума может быть выполнено в соответствии с алгоритмом, изложенным в [см. Одновременное измерение мощности сигнала и мощности шума (помехи) в полосе пропускания основного канала радиоприема. Бубеньщиков А.А., Владимиров В.И., Бубеньщиков А.В., Сиденко С.В. Информационно-измерительные и управляющие системы (журнал), №7, 2012. с. 67-73].На фиг 1 представлена функциональная схема радиопеленгатора с компенсацией помех, где введены следующие обозначения: 1 - N элементная АР; 2 - N канальный коммутатор; 3.1, 3.2, …, 3.N - ЛЗ; 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 - перемножитель; 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 - интегратор; 6.1, 6.2, 6.3 - ВУ; 7.1, 7.2 - делитель напряжения; 8.1, 8.2 - вычислитель арктангенса; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 - функциональный генератор; 10 - опорный генератор; 11.1, 11.2 - накопитель; 12 - N канальный сумматор.

Назначение элементов устройства ясны из их названия и все элементы могут быть выполнены на основе известных промышленно выпускаемых радиотехнических элементов.Радиопеленгатор с компенсацией помех содержит последовательно соединенные N элементную АР 1, N канальный коммутатор 2, параллельно соединенные первый и второй каналы квадратурной обработки каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 4.1, 4.2 и интегратор 5.1, 5.2, при этом первые входы первого 4.1 и второго 4.2 перемножителей соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с выходом N канального коммутатора 2, а их вторые входы соединены с выходами первого 9.1 и второго 9.2 функциональных генераторов соответственно, объединенные входы которых соединены с выходом ОЭ АР, а вторые входы первого 5.1 и второго 5.2 интеграторов соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с первым выходом ОГ 10, последовательно соединенные делитель напряжения 7.1, первый вычислитель арктангенса 8.1, первая 3.1, вторая 3.2, n-я 3.3 ЛЗ, N канальный сумматор 12, первый, второй, третий и n-й входы которого соединены соответственно с объединенным выходом первого вычислителя арктангенса 8.1 и входом первой ЛЗ 3.1, объединенным выходом первой ЛЗ 3.1 и входом второй ЛЗ 3.2, объединенным выходом второй ЛЗ 3.2 и входом n-й ЛЗ 3.3 и выходом n-й ЛЗ 3.3 соответственно, параллельно включенные каналы корреляционной обработки оценок фаз каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 4.3, 4.4 и накопитель 11.1, 11.2, при этом входы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз объединены и соединены с выходом N канального сумматора 12, а выходы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз соединены с первым и вторым входами второго делителя напряжения 7.2, выход которого соединен с входом второго вычислителя арктангенса 8.2, выход которого является выходом устройства, а вторые входы третьего 4.3 и четвертого 4.4 перемножителей соединены с соответствующими выходами третьего 9.3 и четвертого 9.4 функциональных генераторов соответственно, входы которых объединены со вторым выходом ОГ 10 и управляющим входом N канального коммутатора 2, отличающейся тем, что дополнительно введены первый и второй параллельно включенные каналы автокорреляционной обработки каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 4.5, 4.6 и интегратор 5.3, 5.4 выходы которых соединены с входами дополнительно введенного первого ВУ 6.1, при этом первые входы дополнительно введенных перемножителей первого 4.5 и второго 4.6 каналов автокорреляционной обработки объединены и соединены с выходом N канального коммутатора 2, а второй вход перемножителя 4.5 в дополнительно введенном первом автокорреляционном канале обработки соединен с выходом дополнительно введенной ЛЗ 3.4 вход которой соединен с объединенными входами первого и второго автокорреляционных каналов обработки и выходом N канального коммутатора 2, при этом второй вход перемножителя 4.6 в дополнительно введенном втором автокорреляционном канале обработки объединен с его первым входом, выход дополнительно введенного первого ВУ 6.1 соединен с вторыми входами параллельно включенных дополнительно введенных второго 6.2 и третьего 6.3 ВУ при этом их первые входы соединены с выходами интеграторов первого 5.1 и второго 5.2 каналов квадратурной обработки соответственно, а выходы с входами первого делителя напряжения 7.1.

Работа радиопеленгатора с компенсацией помех отличается от работы устройства [см. Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов, 1997. С. 53-54, рис. 2.7, с. 134], взятого за прототип, тем, что с началом работы устройства входной процесс в виде аддитивной смеси сигнала и шума (помехи) или только шума (помехи) с первого АЭ N элементной АР 1 через N канальный коммутатор 2 параллельно с входами первого 4.1 и второго 4.2 перемножителей каналов квадратурной обработки поступает одновременно на первые входы перемножителей 4.5, 4.6 и на вход четвертой ЛЗ 3.4. С выходов каждого из перемножителей 4.5 и 4.6 сигналы поступают на входы соответствующих интеграторов 5.3 и 5.4 соответственно. Таким образом, на их выходах формируются напряжения с уровнями, соответствующими средней мощности:

на первом входе первого ВУ 6.1 - только полезного сигнала (см., например, Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989 г. - с. 484).

на втором входе первого ВУ 6.1 аддитивной смеси полезного сигнала и шума (см., например, Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989 г. - с. 484);На выходе первого ВУ 6.1 формируется напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности только одного шума (помехи), т.к. составляющая сигнала с выходов интегратора 5.3 и интегратора 5.4 компенсируется. С выхода первого ВУ 6.1 напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности только одного шума (помехи), поступает на объединенные вторые входы второго 6.2 и третьего 6.3 ВУ в результате чего на их выходах осуществляется компенсация средней мощности шума (помехи) путем вычитания ее из уровня напряжения, соответствующего средней мощности аддитивной смеси полезного сигнала и шума. Таким образом, на первом и втором входах первого делителя напряжения 7.1 повышается ОСШ по сравнению с прототипом, что повышает точность пеленгования.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга. Технический результат - повышение точности пеленгования источника радиоизлучения за счет увеличения отношения сигнал-шум на выходе первого вычислителя арктангенса путем компенсации аддитивного гауссового шума на выходах первого и второго каналов квадратурной обработки. Такой результат обеспечивается за счет того, что в радиопеленгаторе дополнительно определяют среднюю мощность шумовой составляющей входного процесса в виде аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума и вычитают ее из низкочастотной составляющей спектра входного процесса на выходах каналов квадратурной обработки и, соответственно, на выходе каждого из антенных элементов N-элементной антенной решетки. 1 ил.

Радиопеленгатор с компенсацией помех, содержащий последовательно соединенные N-элементную антенную решетку, N-канальный коммутатор, параллельно соединенные первый и второй каналы квадратурной обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор, при этом первые входы первого и второго перемножителей соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с выходом N-канального коммутатора, а их вторые входы соединены с выходами первого и второго функциональных генераторов соответственно, объединенные входы которых соединены с выходом опорного элемента антенной решетки, а вторые входы первого и второго интеграторов соответственно первого и второго каналов квадратурной обработки объединены с первым выходом опорного генератора, последовательно соединенные первый делитель напряжения, первый вычислитель арктангенса, первая, вторая, n-я линия задержки, где n=1, 2, …, N-канальный сумматор, первый, второй, третий и n-й входы которого соединены соответственно с объединенным выходом первого вычислителя арктангенса и входом первой линии задержки, объединенным выходом первой линии задержки и входом второй линии задержки, объединенным выходом второй линии задержки и входом n-й линии задержки и выходом n-й линии задержки соответственно, параллельно включенные каналы корреляционной обработки оценок фаз , каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и накопитель, при этом входы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз объединены и соединены с выходом N-канального сумматора, а выходы первого и второго каналов корреляционной обработки оценок фаз соединены с первым и вторым входами второго делителя напряжения, выход которого соединен с входом второго вычислителя арктангенса, выход которого является выходом устройства, а вторые входы третьего и четвертого перемножителей соединены с соответствующими выходами третьего и четвертого функциональных генераторов соответственно, входы которых объединены со вторым выходом опорного генератора и управляющим входом N-канального коммутатора, отличающийся тем, что дополнительно введены первый и второй параллельно включенные каналы автокорреляционной обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор, выходы которых соединены со входами дополнительно введенного первого вычитающего устройства, при этом первые входы дополнительно введенных пятого и шестого перемножителей первого и второго каналов автокорреляционной обработки соответственно объединены и соединены с выходом N-канального коммутатора, а второй вход пятого перемножителя в дополнительно введенном первом автокорреляционном канале обработки соединен с выходом дополнительно введенной линии задержки, вход которой соединен с объединенными входами первого и второго автокорреляционных каналов обработки и выходом N-канального коммутатора, при этом второй вход шестого перемножителя в дополнительно введенном втором автокорреляционном канале обработки объединен с его первым входом, выход дополнительно введенного первого вычитающего устройства соединен с вторыми входами параллельно включенных дополнительно введенных второго и третьего вычитающих устройств, при этом их первые входы соединены с выходами интеграторов первого и второго каналов квадратурной обработки соответственно, а выходы с входами первого делителя напряжения.