АМПЛИТУДНЫЙ ПЕЛЕНГАТОР ПОСТАНОВЩИКОВ АКТИВНЫХ ПОМЕХ Советский патент 2006 года по МПК G01S3/02 

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации и служит для определения угловых координат постановщиков активных помех (ПАП) в большом диапазоне их мощностей.

Известные в настоящее время, применяемые для этой цели устройства, могут содержать один или несколько приемных каналов. Многоканальные амплитудные пеленгаторы содержат несколько приемных каналов, из которых один с остронаправленной диаграммой направленности (ДН) антенны является основным, а один или несколько со слабонаправленными ДН антенны - дополнительными, служащими для компенсации сигналов боковых лепестков ДН антенны. Многоканальные пеленгаторы сложны в настройке, содержат большое количество аппаратуры и имеют большую стоимость.

Известны одноканальные пеленгаторы, в которых для подавления сигналов боковых лепестков применяются АРУ или устройства, вырабатывающие регулируемый пороговый уровень, играющий ту же роль, что и напряжение на выходе дополнительных каналов многоканального пеленгатора.

Угловые координаты ПАП определяются при сравнении порогового напряжения с напряжением, принятым по основному каналу РЛС. Центру пакета импульсов, получающихся на выходе устройства сравнения, при превышении напряжения основного канала над пороговым напряжением ставится в соответствие угловая координата пеленгуемого постановщика помех.

Прототипом предложенного устройства является пеленгатор, который состоит из последовательно соединенных антенной системы, приемного устройства и детектора-интегратора, к выходу которого параллельно подключены блок памяти и блок усреднения-усиления, который можно представить как последовательно соединенные блок усреднения и усилитель, выход которого подключен ко второму входу устройства сравнения, выход блока памяти подключен параллельно к первому входу устройства сравнения и ко входу устройства сравнения с фиксированным порогом, выход устройства сравнения подключен ко входу блока управления и первому входу коммутатора, ко второму входу которого подключен выход устройства сравнения с фиксированным порогом, к управляющему входу коммутатора подключен выход блока управления, ко второму выходу антенной системы подключен датчик углового положения антенны, подключенный ко второму входу блока управления, выход коммутатора подключен ко входу счетно-решающего устройства.

Для простоты пояснения работы устройства прототипа допустим, что в зоне обзора пеленгатора, ДН антенной системы которого имеет вид, представленный на фиг.3а (кривая 1), находится один ПАП.

При сканировании по угловой координате β (при вращении антенной системы) напряжение на выходе детектора-интегратора будет изменяться так же, как кривая 1 на фиг.3а. Это напряжение будет поступать в блок памяти, где запоминается через интервалы времени τ меньшие времени t (τ≪t), соответствующего повороту антенной системы на ширину ДН пеленгатора. В конце некоторого промежутка времени Ту (Ту≫t≫τ) в блоке усреднения вырабатывается напряжение (или код напряжения), равное среднему напряжению за период Ту (кривая 2 на фиг.3а). Увеличенное определенным образом это напряжение на выходе усилителя (кривая 3 на фиг.3а) играет роль порогового напряжения.

Коэффициент усиления К усилителя устанавливается так, чтобы не превышалась заданная вероятность ложного пеленга, обусловленная случайными выбросами диаграммы направленности.

Затем пороговое напряжение последовательно сравнивается с каждым из запомненных через время τ напряжений и, при превышении последнего над пороговым, на выходе устройства сравнения формируется признак наличия пеленга (фиг.3б). Центру пакета признаков пеленга ставится в соответствие угловая координата пеленгуемого постановщика помех. Двухпороговое построение схемы одноканального пеленгатора позволяет повысить его чувствительность.

В случае отсутствия в течение времени оборота антенны помех, превышающих адаптивный порог (кривая 3 на фиг.4а), включается фиксированный (неадаптивный) и существенно более низкий порог. Величина последнего определяется только дисперсией напряжения на выходе детектора-интегратора, а не дисперсией ДН. При качественном интегрировании этот порог может быть менее 1 дБ и разница в уровнях адаптивного и фиксированного порогов будет достигать 10-11 дБ. Напряжение с выхода устройства сравнения поступает на вход блока управления. На второй вход блока управления подаются импульсы с датчика углового положения антенны, импульсы в котором вырабатываются при поступлении на него с выхода антенной системы команды, сигнализирующей о вращении антенны РЛС. Если на вход блока управления непрерывно в течение времени, соответствующего полному обороту антенны (время полного оборота антенны определяется по количеству импульсов датчика углового положения антенны, выработанных за полный оборот), подается напряжение логического нуля с выхода устройства сравнения, на выходе блока управления сформируется управляющий сигнал, при котором через коммутатор вход счетно-решающего устройства соединяется с выходом устройства сравнения с фиксированным порогом. Это режим пеленга постановщиков слабых помех. В этом режиме работы через коммутатор на счетно-решающее устройство проходит результат сравнения (фиг.4б) напряжения огибающей ДН (кривая 1 на фиг.4а) с фиксированным порогом (кривая 4 на фиг.4а). Система пеленга пеленгует постановщики слабых помех, пеленг которых в обычном режиме работы пеленгатора не наблюдается.

При приближении ПАП к РЛС мощность помехи увеличивается и, начиная с некоторого расстояния, на выходе устройства сравнения с адаптивным порогом начнет формироваться пакет импульсов уровня логической единицы. При поступлении напряжения логической единицы на первый вход блока управления на его выходе сформируется сигнал, при котором счетно-решающее устройство через коммутатор соединяется с выходом устройства сравнения с адаптивным порогом, отсоединяясь при этом от выхода устройства сравнения с фиксированным порогом. Сигналы с выхода устройства сравнения с фиксированным порогом не будут поступать на вход счетно-решающего устройства все время, пока в секторе обзора находятся постановщики помех, мощность которых выше границы чувствительности устройства сравнения с адаптивным порогом. Это необходимо поскольку фиксированный порог уже не решает задачу подавления сигналов боковых лепестков (см. фиг.3а). Это режим пеленга мощных ПАП.

Недостатком устройства прототипа является сложность установки фиксированного порога в устройстве сравнения, превышающего уровень собственных шумов на заданную постоянную величину. Эта сложность вызвана тем, что уровень собственных шумов в процессе эксплуатации может изменяться (в пределах до 10 дБ), что приведет к несоответствию выставленного фиксированного порога заданной вероятности ложной пеленгации. Например, если уровень собственных шумов уменьшится (кривая 1 на фиг.6а), это приведет к уменьшению вероятности ложной пеленгации, но зато ухудшится чувствительность пеленгатора. Если уровень собственных шумов увеличится (кривая 1 на фиг.6а), то вероятность ложных пеленгов увеличивается, а при увеличении уровня собственных шумов на величину разности начального их уровня и уровня фиксированного порога (которая может быть равна 1-2 дБ) и большую величину на выходе пеленгатора будет постоянно выдаваться признак пеленга, даже при отсутствии в секторе обзора постановщиков помех.

К таким же результатам приводят нестабильность работы аналого-цифровых преобразователей и их отличия от экземпляра к экземпляру при работе пеленгатора в цифровом исполнении.

Кроме того, при работе пеленгатора прототипа в режиме ограничения, когда нет выраженного главного лепестка ДН, адаптивный порог во всем секторе обзора будет превышать напряжение огибающей ДН (фиг.5а), на выходе устройства сравнения будет формироваться напряжение логического нуля. В результате вход счетно-решающего устройства через коммутатор будет подключен к выходу устройства сравнения с фиксированным порогом и на выходе пеленгатора будет наблюдаться во всем секторе обзора признак пеленга (см. фиг.5б).

Целью изобретения является стабилизация уровней вероятности ложной пеленгации и чувствительности пеленгатора. Поставленная цель достигнута тем, что к выходу блока памяти устройства, взятого за прототип, подключено дополнительно введенное второе устройство сравнения, выход блока усреднения, подключенный ко входу усилителя, подключен ко входу дополнительно введенного второго усилителя и входу устройства сравнения с фиксированным порогом, выход второго усилителя подключен ко второму входу второго устройства сравнения, выход которого подключен ко входу дополнительно введенного клапана, управляющий вход которого подключен к выходу устройства сравнения с фиксированным порогом, а выход клапана подключен ко второму входу коммутатора.

Достижение поставленной цели будет понятно из нижеследующего описания работы предложенного устройства и приведенных графических материалов.

Структурная схема устройства прототипа представлена на фиг.1, а предложенного устройства - на фиг.2, где введены обозначения:

1 - антенная система;

2 - приемное устройство;

3 - детектор-интегратор;

4 - блок памяти;

5 - блок усреднения;

6 - первый усилитель;

7 - второй усилитель;

8 - устройство сравнения с фиксированным порогом;

9 - первое устройство сравнения;

10 - второе устройство сравнения;

11 - блок управления;

12 - коммутатор;

13 - датчик углового положения антенны;

14 - клапан;

15 - счетно-решающее устройство;

16 - устройство сравнения с фиксированным порогом.

Эпюры фиг.3-5 поясняют работу устройства прототипа. На фиг.3-5(а) представлены эпюры напряжений при пеленге постановщиков помех соответственно средней, слабой и большой (режим ограничения главного лепестка ДН) мощностей. Кривые на фиг.3-5(а) имеют следующий смысл:

1 - напряжение, соответствующее огибающей ДН антенны;

2 - сформированный средний уровень на выходе блока усреднения 5;

3 - пороговый уровень, сформированный на выходе усилителя 6;

4 - фиксированный порог устройства 16.

На фиг.3-5(б) представлено напряжение на входе счетно-решающего устройства.

Эпюры фиг.6 поясняют работу устройства прототипа при изменяющемся уровне собственных шумов. Кривая 1 соответствует огибающей ДН при начальном уровне собственного шума пеленгатора, кривая 1' - при возросшем, а кривая 1'' - при уменьшенном его уровне. Кривые 3 - соответственные величины порога на выходе устройства 6. Кривая 4 - фиксированный порог устройства 16. На фиг.6б представлено напряжение на входе счетно-решающего устройства при начальном уровне собственного шума, а на фиг.6в при увеличенном его уровне.

Эпюры фиг.7 и 8 поясняют работу предложенного устройства.

Эпюры фиг.7 изображены для случая пеленга слабой помехи, а фиг.8 - мощной (в режиме ограничения главного лепестка ДН) помехи. Кривые 1-3 на фиг.7 и 8 имеют тот же смысл, что и на фиг.3-6. Кривая 4 соответствует порогу на выходе усилителя 7, а кривая 5 - фиксированному порогу устройства 8. Кривые 1 и 4 на фиг.7а изображены для начального уровня собственного шума, а кривые 1' и 4' - для его увеличенного уровня. Фиг.7б представляет результат сравнения кривых 1 и 4 (1' и 4'),то есть напряжение на входе счетно-решающего устройства. Фиг.8б представляет напряжение на входе счетно-решающего устройства при пеленге мощной (в режиме ограничения главного лепестка ДН) помехе.

Предлагаемый пеленгатор содержит антенную систему 1, выход которой подключен к приемному устройству 2, подключенному к детектору-интегратору 3, к которому параллельно подключены блок памяти 4 и блок усреднения 5. Выход блока усреднения 5 параллельно подключен к первому усилителю 6, второму усилителю 7 и устройству сравнения с фиксированным порогом 8. Выход блока памяти 4 параллельно подключен к первым входам первого устройства сравнения 9 и второго устройства сравнения 10. Выход первого усилителя 6 подключен ко второму входу первого устройства сравнения 9, выход которого параллельно подключен к первому входу блока управления 11 и первому входу коммутатора 12. Ко второму входу блока управления 11 подключен выход датчика углового положения антенны 13, подключенный своим входом ко второму выходу антенной системы 1. Выход второго усилителя 7 подключен ко второму входу второго устройства сравнения 10, выход которого подключен ко входу клапана 14, к управляющему входу которого подключен выход устройства сравнения с фиксированным порогом 8. Выход клапана 14 подключен ко второму входу коммутатора 12, к управляющему входу которого подключен выход блока управления 11. Выход коммутатора 12 подключен к счетно-решающему устройству 15.

Предложенное устройство позволяет стабилизировать уровень вероятности ложной пеленгации при сохранении высокой чувствительности пеленгатора постановщиков помех.

Суть предлагаемого изобретения состоит в том, что чувствительный пороговый уровень, величина которого определяется дисперсией напряжения на выходе детектора-интегратора, является не фиксированным, а адаптивным также, как и более высокий порог, определяющийся дисперсией ДН.

Это достигается тем, что к выходу блока усреднения 5 подключается дополнительно введенный второй усилитель 7, коэффициент усиления которого, определяющийся дисперсией напряжения на выходе детектора-интегратора 3, может быть ˜1 дБ. Порог, сформированный на выходе усилителя 7, является адаптивным. При изменении уровня входного сигнала он также изменяется и при пеленге слабых помех всегда (вне области главного лепестка ДН) остается выше, с заданной вероятностью ложной пеленгации, уровня сигнала на выходе блока 4 (см. фиг.7). На выходе дополнительно введенного второго устройства сравнения 10 образуется результат сравнения огибающей ДН с чувствительным адаптивным порогом.

Блок управления в предложенном устройстве имеет такое же схемное построение и работает так же, как и в устройстве прототипе [2]. Результат сравнения с чувствительным порогом проходит через коммутатор на счетно-решающее устройство только при отсутствии, в течение времени большем одного оборота антенны, сигнала на выходе устройства сравнения 9 с высоким адаптивным порогом, то есть когда принимается гипотеза об отсутствии в секторе обзора постановщиков мощных помех. При нахождении же в секторе обзора пеленгатора постановщиков помех, мощность которых выше границы чувствительности устройства сравнения 9 с высоким порогом, сигналы с выхода устройства сравнения 10 с чувствительным адаптивным порогом на вход счетно-решающего устройства поступать не будут.

Для устранения признаков пеленга на выходе пеленгатора при работе его в режиме ограничения, когда нет выраженного главного лепестка ДН, к выходу блока усреднения 5 подключено устройство сравнения с фиксированным порогом 8, выход которого подключен к управляющему входу дополнительно введенного клапана 14. Вход клапана 14 подключен к выходу второго устройства сравнения 10, а выход его подключен ко второму входу коммутатора 12. Фиксированный порог (кривая 5 на фиг.7, 8) устройства сравнения 8 может быть выставлен в пределах от максимально возможной мощности собственных шумов (˜10 дБ) до минимальной средней (на интервале Ту) мощности помехи, когда пеленгатор работает в режиме ограничения (например, при динамическом диапазоне пеленгатора 60 дБ, минимальная средняя мощность помехи, когда сигнал начинает ограничиваться ˜30-40 дБ). Таким образом, установка фиксированного порога устройства 8 достаточно груба (от 10 до 30 дБ).

Когда сигнал с выхода блока 5 превышает порог устройства 8 (см. фиг.8), принимается гипотеза о том, что помеха является мощной. На управляющий вход клапана 14 с выхода блока 8 поступает сигнал уровня логического нуля, закрывающий клапан, и сигналы с выхода устройства сравнения 10 с адаптивным чувствительным порогом на вход счетно-решающего устройства 15 не проходят. Чувствительный порог (кривая 4 на фиг.8а) при приеме мощных помех не решает задачу подавления сигналов боковых лепестков.

Если же сигнал с выхода блока 5 меньше порога блока 8 (см. фиг.7), на управляющий вход клапана 14 поступает сигнал уровня логической единицы, открывающий клапан 14. И если в течение времени, большем времени одного оборота антенны, на вход блока управления 11 с выхода блока 9 не поступает сигналов признаков пеленга, то сигнал с выхода блока 10 через клапан 14 и коммутатор 12 поступает на вход счетно-решающего устройства 15. Это режим пеленга постановщиков слабых помех.

Согласно вышеизложенному, предложенное устройство по сравнению с прототипом, одновременно являющимся базовым для предложенного устройства и объектом для сравнения, позволяет получить новый положительный эффект: стабилизацию уровней вероятности ложной пеленгации и чувствительности пеленгатора по слабым помехам.

Предложенное устройство внедрено в образце изделия, разработанного предприятием, и успешно прошло государственные испытания. В Актах государственных испытаний зафиксирована вероятность ложной пеленгации не более 10^-3 и повышение чувствительности двухпороговой схемы по сравнению с однопороговой на 8 дБ.

Изобретение относится к радиолокации и служит целям определения угловых координат постановщиков активных помех (ПАП) в большом диапазоне их мощностей. Технический результат заключается в повышении чувствительности по слабым помехам и стабилизации уровней вероятности ложной пеленгации. Для этого устройство содержит антенну, приемник, детектор-интегратор, блок памяти, первый блок сравнения, коммутатор, счетно-решающий блок, датчик углового положения антенны и блок управления, также введены блок усреднения, два усилителя, блок сравнения с фиксированным порогом, второй блок сравнения и ключ. 8 ил.

Амплитудный пеленгатор постановщиков активных помех, содержащий последовательно соединенные направленную антенну, приемник, детектор-интегратор, блок памяти, первый блок сравнения, коммутатор, счетно-решающий блок, также содержащий датчик углового положения антенны и блок управления, причем направленная антенна связана с датчиком углового положения антенны, выход которого через блок управления соединен с управляющим входом коммутатора, выход первого блока сравнения соединен со вторым входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности по слабым помехам и стабилизации уровней вероятности ложной пеленгации в него введены блок усреднения, два усилителя, блок сравнения с фиксированным порогом, второй блок сравнения и ключ, причем выход детектора-интегратора через последовательно соединенные блок усреднения и первый усилитель соединен со вторым входом первого блока сравнения, выход блока памяти через последовательно соединенные второй блок сравнения и ключ соединен со вторым входом коммутатора, выход блока усреднения через второй усилитель соединен со вторым входом второго блока сравнения и через блок сравнения с фиксированным порогом соединен с управляющим входом ключа.