Устройство определения азимута Советский патент 1993 года по МПК G01S1/54 

мая схема индикатора; на фиг. 5 структурная схема блока управления приемоиндикатора; на фиг. 6 - структурная схема блока частотного детектирования; на фиг. 7 - структурная схема первого блока памяти,, на фиг. 8 - структурная схема блока фик сации знака; на фиг. 9-- структурная схема блока установки исходного соетояния; на фиг. 10 - структурная схе ма второго блока памяти; на фиг, 11 временные диаграммы, поясняющие рабо ту предложенного устройства. Устройство содержит радиомаяк (фиг. ), включающий генератор 1 высокой частоты, ключ 2, блок 3 вращения диаграммы направленности, первый балансный модулятор , второй баланс ный модулятор 5, направленную аитенну 6 антенной системы 7, ненаправлен ную антенну 8, генератор 9 низкой частоты (ГНЧ), первый коммутатор 10, второй коммутатор 11, блок 12 измене ния начального положения диаграммы направленности, содержащий коммутато 13 и фазосдвигающие цепи 1ч, 15, Фазоинвертор 16, фазовращатель 17, бло 18 управления, содержащий делители 1 и 20 частоты, элементы И 21, 22, эле мент 23 задержки и инвертор 24,.Прие моиндикатор (фиг.2) содержит приемную антенну 25, приемник 26, амплитудный детектор 27, -блок 28 хранения фазы, .фазовьШ детектор 29, вычислитель 30, индикатор 31, блок 32.управ ления, блок -33 частотного детектирования, первый блок 3.памяти, коммутатор. 35, интегратор 36, арифметичес . кий блок 37, детектор 38 режима Про лет, блок 39 фиксации знака, блок 40 установки исходного состояния, второй блок I памяти. . Блок 28 хранения фазы (фиг. 3) со держит ключ 2 и линию 3 задержки. Вычислитель (фиг. 3) содержит триггер «А, элемент И 45, ключ 46, первый элемент 47 памяти, блок 48 вычитания, блок 49 сравнения, ключ 50, элемент ИЛИ 51, блок 52 сложения, блок 53 сравнения, ключ 54, элемент И 55, ключ 5б, элемент памяти 57, делитель 58 на два и элемент 59 памяти. Индикатор (фиг. 4) содержит инвер тор 60, коммутаторы б1 и 62, преобра зователь 63 аналог-код, кодопреобразователь 64, цифровой индикатор б5, коммутатор 66, дешифратор 67 полярности, индикатор 68 отрицательного знака и индикатор 69 положительного знака. Блок управления (фи.г. 5) содержит элемент И -70, амплитудные детекторы 71, 72 и дифференцирующуюцепь 73. Блок частотного детектирования (фиг. 6) содержит частотный детектор 74, инвертор 73 и коммутатор 76. Первый блок памяти (фиг. 7) содержит ключ 77 и элемент 78 памяти. . Блок фиксации (фиг. 8) содержит RS-трйггер 79 и ключи 80 и 81. Блок установки исходного состоя.ния (фиг. 9) содержит элемент ИЛИ 82, элемент 83 задержки, дифференцирующую цепь 84. Второй блок памяти (фиг. 10) содержит ключ 85 и элемент;86 памяти. Устройство работает следующим образом, . Плечо направленной антенны .6, . имеющее диаграмму направленности в виде синусоидальной зависимости, opviентиррванную.своим максимумом, например, на Север, питается от блока 3 токами боковых.частот, образованными в результате балансной модуляции в балансном модуляторе 4 несущей часто- гы (О , формируемой генераюром 1, напряжением низкой частоты S2,. равной скорости вращения диаграммы направленности, формируемым в генераторе 9 и поступаюц{им от н.его через коммутаторы 10, 11. В результате синусное плечо излучает сигнал Е sinCfsinS2.t у sinpt. Другое плечо направленной антенны 6, имеющее диаграмму направленности в. виде косинусной зависимости, питается от блока 3 токами боковых частот, образованными в результате балансной модуляции в балансном модуляторе 5 несущей частоты W, )ормируемой генератором 1, напряжениемнизкой частоты С2., формируемым в генераторе 9, но отличающимся по фазе от напря-, жения, поступающего на бала не н.ый модулятор 4,синусного плеча на 90 за счет прохождения сигнала через фазоинвертор 1б. Это напряжение поступает от ГНЧ 9 через коммутатор- 10.и фазоаращатель 17. В результате косинусное плечо излучает сигнал Е coscf cosizt sinu)t. На ненаправленную антенну В поступает напряжение несущей частоты со от генератора 1 через ключ 2, она излучает

51

сигнал Е sinut. В результате сложения в эфире колебаний, излучаемых антенной системой 7, получается, амплитудно-модулированный радиосигнал (см. фиг, 11з).

Eg.. Е sinCOt + Е costfcosjit + + sin(fsinCtJ sintft Е l + cosfet -.Cf )J sinWt.

Блок 16 управления вырабатывает управляющие сигналы для формирования последовательности из четырех радиоС14гналЬв, следующих непрерывно друг за другом, причем при иллучении чет ны радиосигналов направление вращения диаграммы направленности (ДН) противоположно направлению вращения при излучении нечетных радиосигналов. Начальное положение ДН при излуменйи 2-х последующих радиосигналов отличается на заданную величину Л от начального положения при излучении 2-х первых. Длитет.ность послёднего радиосигнала укорачивается

: для того, чтобы было возможно отличить начало серии из четырех радио- . рйгналов,

С выхода, генератора 9 на делитель.

19 частоты поступает сигнал с частотой $1 , ркавнрй скорости вращения ДН

или, что TO же самое, частоте ампли,тудной модуляции радиосигнала.На дыХоде делителя 19 частоты формируются ииг)ульсы с частотой (см. фиг. 11 б), в два раза меньшей частоты следования радиосигналов (см.

фиг.На). При наличии сигналов на выходе делите 1я 19 частоты (см. фиг. MB) формируются нечетные радиосигналы. Сигналы с -выхода делителя 19 воздействуют на второй коммутатор 11 , который обеспечивает коммутй,цй1о сигналов, управляющих направлением вращения диаграммы направленности. Сигнал на выходе делителя 20 частоты определяет интервал времени излучения второй пары радиосигналов, (см. фиг., 11 в), воздействуя на первый коммутатор 10, который вводит в действие блок 12, управляющий начальным положением диаграммы направленности. Путем логического умножения на зяе менте И 21 сигнала с выхода делителя 20 (см. фиг. 11 в) и инвертируемого сигнала с выхода делителя 19 (см. фиг. 11 г) формируется сигнал, временное положение которого соответст907 76

вует интервалу времени излучения четвертого импульса серии (см. фиг.. 11 д). Данный сигнал задерживается (см. е фиг. 11 е) на интервале времени ДТ, равном необходимой длительности излучения четвертого радиосигнала., в элементе 23 задержки. Путем логического умножения на элементе И 22 сигнала с выхода элемента 23 задержки и сигнала с выхода э; емента И 21 формируется сигнал (см. фиг. 11 ж), поступающий на ключ 2, по которому прерывается излучение четвертого радиосиг15 .нала путем отключения генератора 1. После излучения четырех радиосигналов цикл работы- повторяется.

По командам из блока 18 производятся следующие переключения коммутаторов. При излучении первого радиоимпульса выход генератора 9 соединен через посредство коммутаторов 10, 11 с вторым входом блока 3 и через посредство коммутатора 10 и фазовращателя 17 с третьим входом блока 3. В результате антенная система излучает сигнал вида

Е. Е sinoJt + Е(со5(| созШ: + 30 + sinifsinttt) sincOt - Е 1 « cos(2t .- tj) sincat.. «

При излучении второго радиоимпульса выход генератора 9 соединен через

ng. Посредство коммутатора 10, фазоинвертора 1б, коммутатора 11 с вторым входом блока 3 и через посредство коммутатора 10, фазовращатель 17 с третьим входом блока 3.

40 результате антенная система излучает радиосигнал вида:

Е Е sinCOt Е (cos(fcosat - - sinlfsinsit) sinWt Е l + cos(C2t 45 +(|))J sinOt.

При излучении третьего радиоимпульса выход генератора 9 соединен через блок 12, формирующий смещение

ел исходного положения ДН, коммутаторы 10, 11с вторым входом блока 3 и через посредство блока 12, коммутатор 10, фазовращатель 17 с третьим входом блока 3. При этом по команде с

ее выхода делителя 19 третий коммутатор 13 подключает на второй вход первого коммутатора 10 выход генератора 9 через фазосдвигаощую цепь 14, обеспечивающук) смещение фазы на величину-&, в результате антенная система излучает радиосигнал вида Е sinWt Ч Е cosCfcosCqt -&) + (nt -&) sinoat Е l + + costet -Cf - Л) sinttt. При излучении четвертого радиоимпульса выход генератора 9 соединен через блок 12, формирующий смещение исходного положения ДН, коммутатор 10, фазоинвертор 1б, коммутатор 11 с BTojobiM входом блока 3 и через посредство блока 12, коммутатора 10, фазовращатель 17 с третьим входом блока 3. , При этом ввиду отсутств я сигнала с выхода делителя 19 третий коммутатор 13 подключает на второй вход пер вого коммутатора 10 выход генератора через.фазосдвигающую цепь, 15, обес печивающую смещение фазы на величину + &- ..- . : :- в результате антенная система излучает радиосигнал вида Ej Е sinMt + .Е cos(fcos(Ct + Л) - S in(fs in (it ;+ u :)3 s inCOt E, 1 + t cos(t + Cf + &) sinOK:. . .Прйемоиндикатор предлагаемого уст ройства функционирует следующим .образом. Ант,енна 25 и п(эиемники 2б усиливают и выделяют по частоте сигналы, излучаемые передающей частью азимутальной систеМы (см, фиг. 11 з). Амплитудный детектор 27 выделяет из принятых радиосигналов сигналы модуляции (см. фиг. 11 и), которые поступают на блок 26, фазовый детектор 29, бло 32 и блок 33. 8 дальней зоне, где линейная скорость перемещения диаграммы направленности передаю щей антенны устро.ства определения азимута осуществленно больше скорости . перемещения самолёта, блок 33 частот ного детектирования не фиксирует отклонение частоты амплитудной модуляций от номинала, на его выходе форми руется нулевой сигнал, который через коммутатор 35 и детектор 38 режима Пролет поступает на управляющие входы коммутаторов 62, 66, подключая Кб ВХОДУ дешифратора 67 полярности знаковый выход вычислителя 30, а на вход преобразователя 63 аналог-код выход величины азимута вычислителя 30. Нулевой сигнал с выхода детектора ЗВ режима Пролет поступает также на .вход блока 39 фиксации знака, а именно на управляюсцие входы ключей 80, 81, подключая выходы дешифратора 67 полярности к входам RS-триггера- 79;. В блоке 32 сигнал, поступающий на первый вход, детектируется по амплитуде с помощью амплитудного детектора 71: (см. фиг. 11 л), по переднему фронту продетектированного сигнала формируется с помощью дифференцирующей цепи 73 импульс, синхронизации (см. фиг. 11 о), который приводит триггер W и элементы 7, 57 памяти а исходное состояние. Первый радиоимпульс проходит на линию 43 задержки через открытый клюм , линия (3 задержки задермивает модулирукмций сигнал первого радиоимпульса надлительность радиоимпульса Ти (см. фиг. 11 к). Сигнал на-выходе лийии 3 задержки появляется в момент поступления с выхода амплитудного детектора 27 модулируйцего сигнала второго радиоимпульса и поступает одновреме.нмо с ним нэ вход, фазового детектора 29, где производится измерение разности фаз модулирупчих колебаний первого и вторЬго радиоимпульсов. Сигнал с выхода линии ; З задержки также детектируется анЬлитудным детектором 72 (см. фиг. П м) и-.поступает «а. элемент К 70,, на второй вход этого элемента поступает сигнал с детектора 71, на выходе элемента И 70 формируется сигнал совпадения (фиг. 11 и), который запирает ключ 42 и, таким образом, модулирующий сигнал второго радиоимпульса на линию 43 не поступает. Сигнал, запирающий ключ42, поступает на счетный вход триггера Ц и переводит его в состояние единица. Одновременно он поступает на вторые входы элементо.в И Л5, 55. На , выходе элемента И 55 формируется сигнал (см. фиг. 11 п), который отпирает ключ 5б, через который на элемент 57 памяти поступает величина разности фаз между модулирующими сигналами первого и второго радиоимпульсор2У. Данная величина делится на два в де- . лителе 58 и поступает на первый вход индикатора 31 как величина азимута. Сигнал о величине азимута через коммутатор 62 поступает на преобразователь .63 аналог-код, затем преобразуется в кодопреобразователе 6t для отображения, например, с помощью семисегментных идникаторов на цифровом индикаторе 65. В момент приема второ го радиосигнала ключ Д6 заперт, т.к. на нулевом выходе триггера нет сигнала. При поступлении третьего радиоимпульса ключ А2 отпирается, т.к. на входе элемента И 70, связанном с выходом линии .задержки, нет сигнала (см. фиг. 11м), следовательно, нет сигнала и на выходе элемента И 70, на оторой вход этого элемента поступает сигнал с амплитудного 71, на вы ходе элемента И 70 формируется сигнал совпадения (см. фиг. 11 н), кото рый запирает ключ k2 , таким образом модулируюции сигнал четвертого радио импульса на / инию1 i3 задержки не поcfy na€tT. . Сигнал, запираюций ключ. 2, посту пает на счетный вход триггера и переводит его о состояние ноль. Од новременно он поступает на. вторые входы эпементов И. 5, 55. На выходе , элeмeнta И формируется сигиал (см фигч 11 р), который открывает ключ; чб, через который на элемент 07 паня ти поступает величина разности фаз между модулирующими сигналами третье го и четвертого радиосигналов. Дан- нал величина вычитается в блоке 8 вычитания и суммируется в блоке 52 оложения. с наперед, заданной величи- ной. смещения начального положения ДН Д. при излучении третьего и четвертого радиоимпульсов, трансформирован ной в фазовый сдвиг (путем умно)хения на 2) и храня4ейся в элементе 59 памяти. Модули результатов сло кений и вычитания сравниваются в блоках 49, 53 сравнения с разностью фаз, хранящейся в элементе $9 памяти. По ре.зультатам сравнения открывается ключ 50 или ключ 5 блоками $3, 9 соответственно, через которые сигнал, оп ределяющий знак результата вычитания или сложения из блока вычитания или блока 52 сложения, поступает через ИЛИ 51 на индикатор 31, а именно на вход коммутатора 66, через который поступает на вход дешифратора 67 полярности. Сигнал с одног из его выходов о зависимости от по.лярности поступает на один из индикаторов 68, 69 знака, а через один из ключей 80, 81 на вход R(S) триггера 79. С выхода одного из клю1710 чей 80 (81) сигнал знака поступает через элемент ИЛИ 82 на дифференцирующую цепь 8i. Из переднего фронта сигнала знака формируется короткий импульс, который обнуляет элемент 86 памяти и интегратор Зб. Сигнал знака, пройдл с выхода элемента ИЛИ 82 элемент 83 задержки, поступает на управляющий вход ключа .85. Через ключ 83 на элемент 6 памяти поступает величина азимута с выхода вычислителя 30. Она запоминается в элементе памяти 86 до поступления следующего сигнала знака, В ближней зоне, где линейнЛч скорость перемещения диаграммы направленности передающей антенны устройства определения азимута соизмерима со скоростью перемещения самолета, блок 33 частотного детектирования фиксирует отклонение частоты амплитудной модуляции от номинала.С выхода частотного детектора 7А снимается напряжение, величина кот.орого пропорциональна величине отклонения частоты, а знак - стороне отклонения При приеме нечетных радиоимпульсов си1- нал с йыхода частотного детектора 7 поступает на выход блока 33 через инвертор 75 и коммутатор 7б, при приеме четных радиосигналов - только .через коммутатор 76. Переключение коммутатора 76 осущетвляется сигналами с выхода элемента И 70 блока 32. В результате этих коммутаций знак напряжения на выходе блока 33 при приеме всех четырех радиосигналов не меняется в такт с изменением направления вращения диаграммы направленности передающей антенны, а соответствует знаку, полученному при обработке первого радио-. сигнала. С выхода блока 33 сигнал поступает через коммутатор 35 на входы интегратора 36 и детектора 3fi режима Пролет, а также через ключ 77 на вход элемента 7б памяти. По окончании приема четвертого радиоимпульса на выходе амплитудного детектора 71 формируется нулевой сигнал, который воздействует на ключ 77, отключая элемент 78 памяти от выхода блока 33 и на коммутатор 35 отключая входы детектора 3& и интегратора Зб от выг хода блока 33 и подключая их к ЁЫХОду элемента 7в памяти. Таким образом до приема очередной серии из четырех радиосигналов на входы детектора 38 и интегратора 36 воздействует величина отклонения частоты последнего зафиксированного сигнала. При наличии сиг нала на входе детектора 38 последний формирует команду, по которой коммутатор б2 подключает к входу преобра зователя бЗ аналог-код выход коммута тора б1, а коммутатор 66 подключает к входу дешифратора б7 полярности вы ход арифметического блока 37, эта ко манда с выхода детектора 38, воздействуя на ключи 80, 81, отключает выходы дешифратора б7 полярности от входов RS-триггера 79. Таким образом RS-триггер 79 запоминает знак азимута, блок 1 памяти - величину азимута. Эти данные поступают на вход арифметического блока 37, где с учетом знаков величина азимута складыва ется с величиной, формируемой интегг ратором Зб, который определяет прира щение величины азимута в режим .Пролет. Результирующая величина азимута в виде напряжения с выхода арифме тического блока 37 и знак в виде полярности этого напряжения поступает на коммутатор б2 и коммутатор 66, а через последний- на дешифратор б7 полярности, который формирует соответствующие сигналы на индикацию.знака. а в случае отрицательного зчака также сигнал на управляющий вход комму-, татора б1, па которому сигнал с вы- } хода арифметического блока 37 поступает на ВХС1Д преобразователя 63 аналог-код через инвертор 60. С выхода преобразователя 63 сигнал, характеризующий величину азимута, поступает в кодопреобразователь б где преобразуется для отображения, например, с помощью семисегментных индикаторов на цифровом индикаторе б5. Таким образом, при движении летательного аппарата вблизи лередающей части данного устройства определения азимута его приемная часть, уста.новленная на летательного аппарата, формирует сигнал, саидетельствуюЧ том, что скорость перенещения летательного аппарата стала соизмерй- мой со скоростью перемещения диаграммы направленности, формируемой пере-дающей частью. Одновременно о приемной части ({ормируется поправка к последнему достоверно определенному значению азимута, знак поправки.определяется направлением движения летательного аппарата. Откорректированное значение азимута .поступает на индикацию. ,

Y«;

Фт.г

t/tJ

л

Фи1.5

..-..

Фи1.6

Фт:7

Фш8

Цо

8

.U

i/e.ff

I I

L,-«.

Фиг JO

f f

ffj

Ui ff