Устройство для измерения пространственно-поляризационных параметров радиосигналов Советский патент 1989 года по МПК H04B17/00 

СП

ГС

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к адаптивным антенным системам. Цель изобретения - повышение точности измерения путем увеличения отношения сигнал/шум. Устройство содержит антенный блок 1 из N пространственно поляризационных разнесенных антенных элементов, N - канальный приемник 2, блок 4 взвешенного сложения, усилитель 5, детектор 6 огибающей, блок 7 индикации и регистрации ДН, блок 8 задания пространственно-поляризационных параметров и г-р 9 сканирования. Поставленная цель достигается введением в устройство блока 3 свертки. Если, допустим, для анализируемого источника сигнала отношение сигнал/шум перед взвешиванием составляет 3дБ, тогда эффективная ширина отклика в пространственном спектре окажется равной 2°, что определяет угловую точность измерения местоположения источника сигнала. При условии, что над данным сигналом произведена процедура сжатия, занимаемая им полоса сократится, скажем, в 4 раза, что эквивалентно увеличению отношения сигнал/шум на 6 дБ. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к области адаптивных антенных систем (ААС), и может использоваться для измерения пространственно-поляризационных (ПП) параметров (ГШП) радиосигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем увеличения отншения сигнал/шум.

На фиг.1 представлена-структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 -структурная электрическая схема блока свертки; на фиг.З - возможность сжатия спектра сигнала при его свертке; на фиг.4 - зависимость эффективной ширины диаграммы направленности для 4-злементной ААС с полуволновым разносом антенных элементов от отношения сигнал/шум для волны, приходяш;ей по нормали к линии расположения антенных элементов.

Устройство содержит антенный блок 1 из п пространственно-поляризационных разнесенных антенных элементов, п-канальный приемник 2, блок 3 свертки, блок А взвешенного сложения, усилитель 5, детектор 6 огибающей, блок

7индикации и регистрации диаграммы направленности, блок 8 задания ППП и генератор 8 сканирования.

Блок 3 свертки содержит п идентичных фильтров 10 (по количеству элементов антенной системы), каждый из которых состоит из первого смесителя 11(, регулируемого усилителя 12, узкополосного фильтра 13, второго смесителя 11 и амплитудного детектора 14, а также гетеродин 15.

Устройство работает следующим образом.

Аддитивная смесь сигналов и шумов, принятая антенным блоком 1, через п-канальный приемник 2,настроенный на требуемую частоту СО, поступает на блок 3 свертки. Сигналы на входе блока 3 представляют собой излучения от ГШ сосредоточенных источников, попадающие в полосу пропускания п-канального приемника 2, в котором они преобразуются к промежуточной частоте 0) пр Число каналов определяется количеством элементов антенного блока 1.

8блоке 3 осуш,ествляется устранение амплитудной и фазовой модуляции принимаемых сигналов. Свернутые сигналы с ППП 0 поступают на блок 4 взвешенного сложения, где складыва0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ются их компоненты от различных антенных элементов, перемноженные с компонентами вектора весовых коэффициен- - тов, поступающего с блока 8 и соответствующего в каждый момент времени сканирующему вектору ППП. Сканирование последнего в заданных пределах обеспечивается генератором 9 сканирования. Результируюш 1й сигнал с блока 4 поступает на усилитель 5 и детек-; тор 6 огибающей. Сигнал с выхода детектора 6 поступает на первый вход блока 7 индикации и регистрации диаграммы направленности Совпадение в некоторый момент времени сканирующего вектора ППП с вектором ППП одно- из источников сигналов 9(t) -Q

го

3 UN

ск J; обеспечивает согласованный сигнала. Остальные исприем данного точники при этом воспринимаются как помехи и подавляются. Факт согласо- ванного приема регистрируется в блоке 7, на второй вход которого поступают-текущие значения сканирующих ППП SjuCt). Уровень выходного сигнала y(t) при этом определяется главным образом, уровнем j-ro источника сигнала. По мере изменения сканирующего вектора ПГШ условие )- -0J перестает выполняться, данный источник также воспринимается как помеха и подавляется В результате уровень выходного сигнала резко падает. Процедура последовательно пов-, теряется по каждому из радиосигналов с ППП в диапазоне сканирования„ Сжатие спектра сигнала приводит к увеличению отношения сигнал/шум на входе блока 4 взвешенного сложения. В результате этого повышается точность измерения ППП радиосигнала за счет увеличения высоты.(уменьшения ширины| отклика на данный сигнал в ПП спектре.

Блок 3 работает следующим образом, Напряжение сигнала, промодулиро- ванное по амплитуде и фазе, поступающее с i-ro выхода п канального при- емника 2, в общем случае можно представить в виде jlf , U(t) coa(63(ipt + + tf(t)),, где (U; и Lf;- учиты- вают различия амплитуд и разности фаз для сигнала в различных антенных элементах; U(t) и (fit) описывают амплитудную и фазовую модуляции сигнала. В каждом фильтре 10 производится фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) и регулировка амплитуды сигнала.

ФАЛЧ осуществляется первым 11 вторым 1Ij смесителями, так что из промежуточной частоты дважды вычитаюся сначала частота гетеродина 15 60 в первом смесителе П, , а затем разностная частота СОпр W. во втором смесителе П/. В резул)Тате на выходе второго смесителя 1 l появляется сигнал Е чатотой СО, который не несет информации о модулирующем исходный сигнал по частоте колебаний. Регулировка амплитуды осуществляется в регулируемом усилителе 12, коэффициент усиления которого изменяется в зависимости от уровня модулирующего исходный сигнал по амплитуде колебания, которое вьщеляется амплитудным детектором 14. Реально идеальное сжатие сигнала получить не представляется возможным Степ.ень его реализации зависит, в частности, от точности отслеживания амплитуды и фазы сигнала. Таким образом, с выхода регулируемого усилителя 12 через узкополосный фильтр 13 на вход блока 4 поступает напряжение в виде

fU;U COs(GOrt Ч-Ц ;),

С которого в идеале сняты фазовая t|(t) и амплитудная U(t) модуляции. Комплексная весовая функция, обеспечивающая свертку принимаемого сигнала, определяется выражением

W(t) l/U(t) expj q)(t)

На фиг.З показана возможность сжатия спектра сигнала при его свертке Видно, что в относительно узкой полосе частот имеется возможность су щественного повьшения уровня сигнала. Снятие амплитудной модуляции может осуществляться с помощью амплитудного ограничителя, однако в этом случает во зникают трудности с выбором порога ограничения. Для сигналов с угловой модуляцией необходимость в регулировке амплитуды отсутствует.

Эффективность работы устройства может быть оценена с использованием графика на фиг.4, где представлена зависимость эффективной ширины пространственного спектра uG для 4- элементной ААС с полуволновым разног сом антенных элементов от отношения сигнал/шзгм для волны, приходящей по нормали к линии расположения антенных

1520670

0

5

элементов. Видно, что для получения Д0 - 1° необходимо иметь отношение сигнал/шум порядка iO дБ и выше.

Если, допустим, для анализируемого источника сигнала отношение сигнал/ шум перед взвешиванием составляет 3 Дб, тогда эффективная ширина отклика в пространственном спектре окажется равной 2 , что определяет угловую точность измерения местоположения не- точника сигнала. При условии, что - над данным сигналом произведена процедура сжатия (фиг.З), занимаемая им полоса сокращается, скажем, в 4 раза, что эквивалентно увеличению отношения сигнал/шум на 6 дБ,,

В этом случае отношение сигнал/шум перед взвешиванием составляет 9 дБ, соответственно А0р : 1 . Таким образом процедура сжатия в данном примере обеспечивает повьппение точности измерения пространственных параметров радиосигнала в 2 раза.

25

35

40

45

50

55

Формула изобретения

Устройство для измерения пространственно-поляризационных парамет- эл ров радиосигналов, содержащее последовательно соединенные антенный блок из п пространственно-поляриза- ционно разнесенных антенных элементов и п-канальный приемник, последовательно соединенные блок взвешенного сложения, усилитель, детектор огибающей и блок индикации и регистрации диаграммы направленности, последовательно соединенные генератор сканирования и блок задания пространственно-поляризационных параметров, выходы которого подключены к управляющим входам блока взвешенного сложения и к параметрическим входам блока индикации и регистрации диаграммы направленности отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения путем увеличения отношения сигнал/ шум,-введен блок свертки, включен- , ный между выходами п-канального приемника и сигнальными входами блока взвешенного сложения, при этом блок свертки выполнен в виде . гетеродина и параллельных фильтров, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый смеситель, второй смеситель, амплитудный детектор, регулируемый усилитель и узкополосный фильтр, причем псфвый вход первого смесителя соединен с выходом гетеродина, вторые входы первого и BTopdro смесителей объединены и являются одним из входов блока

§

i

Фие.1

зи

(

I I

SfiC)

X

Со сжатием

Частичное сжатие йо сжата я

Фив.

свертки, выход второго смесителя подключен к второму входу регулируемого усилителя, а выход узкополосного фильтра является одним из выходов блока свертки.

:

10 10 SO (,jB Фия. Ч