Способ определения угла прихода радиоволн Советский патент 1992 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к области измерений электромагнитных полей и может быть использовано при изучении распространения радиоволн на открытых трассах.

Цель изобретения - повышение точности и оперативности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения угла прихода радиоволн.

Устройство содержит генераторы 1, 2 высокочастотных колебаний, Y-циркулято- ры 3 и 4, антенны 5 и 6 первичного излучения И вторичного приема, антенну первичного приема и вторичного излучения, управляемый фазовращатель 8, генератор 9 низкой частоты, смесители 10 и 11, фазометр 12.

Выход генератора 1 высокочастотных колебаний соединен с первым выходом Y- циркулятора 3. второй вывод которого соединен с антенной 5, а третий вывод Y-циркулятора 3-е входом смесителя 10, выход которого соединен с одним из входов фазометра 12, причём выход генератора 2 высокочастотных колебаний соединен с первым выходом Y-циркулятора 4. второй выход которого соединен с антенной, а третий выход Y-цйркулятора 4 соединен с входом смесителя 11, выход которого соединен с другим входом фазометра 12, при этом антенна 7 соединена с сигнальным выходом

х|

00

Ј ю

управляемого фазовращателя 8, вход управления которого соединен с выходом генератора 9 низкой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные колебания с начальной амплитудой Uoi и частотой fi

Ui-UoW2 1

с выхода генератора 1 высокочастотных колебаний через Y-циркулятор З поступают в антенну 5. При этом в направлении антенны 7 излучают электромагнитную волну. Одновременно высокочастотные колебания с начальной амплитудой Uo частотой f2

U2 Uo2eJ2jrf2t

с выхода генератора 2 высокочастотных колебаний через Y-циркулятор 4 поступают в антенну 6. При этом также в направлении антенны 7 излучают электромагнитную волну. Антенной 7 обе эти электромагнитные волны принимают и далее высокочастотные колебания с частотами ft и h подают на управляемый фазовращатель 8. Управляемый фазовращатель 8 представляет собой фазовращатель отражательного типа, реализующий монотонное изменение фазы высокочастотных колебаний. При этом, если за период Т низкочастотного управляющего сигнала, поступающего с генератора 9 низкой частоты, реализуется в управляемом фазовращателе 8 сдвиг фаз от 0 до 2 л, то можно говорить о смещении спектра обоих высокочастотных колебаний на так называемую частоту Доплера

Q - т- 2 л F.

Трансформированные по .частоте исходные высокочастотные колебания, поступающие на антенну 7, имеют вид

U Ujie1 Wf1 + К) XT .

U1 Uo2eJP п& + F). + Х2 +, где Ki, K2 - волновые числа;

Ki

2 лги

u,-2jrf2

К-27 -:

С С

XL X2 - расстояние между антеннами 5 и 6 и 6 и 7 соответственно;

ро - начальная фаза колебаний управляющего генератора низкой частоты;

Uoi и Uo2 амплитуды высокочастотных колебаний с учетом затухания на трассе распространения радиоволн.

Антенной 7 эти трансформированные высокочастотные колебания излучают е направлении антенн 5 и 6. При этом принятые трансформированные высокочастотные колебания через третьи выходы Y-циркулято- ров 3 и 4 поступают в смесители 10-и 11, где выделяют комбинационные низкочастотные составляющие с частотой F путем смешения их в смесителях 10 и 11 с сигналами с частотой fi и h соответственно.

Таким образом, на выходе смесителей 10 и 11 будем иметь два низкочастотных колебания с одинаковыми частотами F и фазами, определяемыми следующим соотношениями

р 2л:Рг+К1Х1+уъ ..

(pi-2nf t + К2 Х2 + + К21 Х2 ;

гдек и Ki-волновые числа

ul-2gr(fi4-F). n-2(f2 + ) K1 С С 5 Частоты исходных высокочастотных колебаний f 1 и f2 выбирают мало отличающимися одна от другой. При этом Ki K2.

Кроме того, частоту Доплера F выбирают много меньше частоты исходных высоко- .0 частотных колебаний ft и h. По этой

причине Ki ъ к и K2«Ki. В этом случае для разности фаз низкочастотных колебаний на выходе смесителей 10, 11 можно записать (х1-Х2),

5

где

K KuK2«KJ- K-i . . Таким образом, на выходе фазометра 12 формируется сигнал, пропорциональный разности расстояний между антеннами 5 и 6 и антенной 7. По этому сигналу фазометра определяют, таким образом, угол прихода радиоволн.

Угол прихода радиоволн определяют по формуле

a-irairi .

где d - расстояние между антеннами 5 и 6. Таким образом, при использовании

данного способа повышается точность определения угла прихода радиоволн с одной стороны за счет исключения операции гетеродинирования исходных высокочастотных колебаний с колебаниями отдельного гетеродина, вносящей соответствующую составляющую погрешности фазовых измерений, при этом исключены протяженные тракты передачи энергии гетеродина к. смесителям приемных каналов, а следовательно, исключены проблемы обеспечения фазовой стабильности этих трактов и соответственно соответствующая составляющая погрешности фазовых измерений. Повышение оперативности измерений

обеспечивается за счет свободного измене- нйя расстояния между двумя антеннами первичного излучения-вторичного приема, возможного по той причине, что фидерные тракты этих двух каналов между собой никак не связаны. При этом свободное установление любой необходимой базы интерферометра позволяет определять угол прихода радиоволн с требуемой точностью.

Формула изобретения.

Способ определения угла прихода радиоволн, включающий формирование и излучение непрерывного высокочастотного сигнала из точки излучения и прием его в двух точках приема, измерение разности фаз принятых сигналов и определение угла прихода радиоволн по результатам измерений, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью

0

повышения точности и оперативности, формирование непрерывного высокочастотного сигнала осуществляют путем излучения из точек пространства, совпадающих с точками приема сигналов с частотами fi и fa, причем fi-fe Ј (fi+f2)/2. приема этих сигналов в точке излучения и непрерывного изменения фазы каждого принятого сигнала в пределах 0-2 л. с частотой F f i-fa, а из принятых сигналов в точках приема до измерения разности фаз выделяют сигналы с частотой F, на которой производят измерение разности фаз принятых сигналов.