Радиопеленгатор

Заявляемое техническое решение относится к пассивной локации и может быть использовано в многоканальных станциях радиотехнического мониторинга и многопозиционной локации. Радиопеленгатор минимального состава содержит два идентичных приемных канала. Каждый приемный канал содержит последовательно соединенные элементы: ненаправленную антенну, разнесенную от другой - на расстояние d, приемно-усилительный тракт с общим гетеродином, смеситель, фильтр сжатия, устройство выделения огибающей сигнала. С выхода фильтра сжатия сигнальная информация поступает на вход устройства выделения огибающей сигнала. Радиопеленгатор оснащен устройством измерения времени запаздывания сигналов, входы которого, соответственно по каналам, подключены к выходам устройств выделения огибающей сигнала, а выход подключен к вычислителю пеленга. Введенная в каждый канал новая цепочка элементов, содержащая блок детектора-преобразователя уровня входного сигнала, RS-триггер, гетеродин, при подаче на вход которому запускающего импульса, генерирует линейные частотные модулированные (ЛЧМ) колебания и смеситель, является по своей сути «ключом», открывающимся при появлении в данном канале первого во времени прямого сигнала и закрывающего другой канал до появления в нем запаздывающего сигнала. Благодаря наличию этих «цепочек» в каналах осуществляется временное разделение принимаемых от антенных элементов радиосигналов: прямого и запаздывающего. Для определения несущей частоты сжатые сигнальные радиоимпульсы и сжатые задержанные ЛЧМ радиоимпульсы передаются в устройство выделения огибающей, где корректируются по амплитуде и транслируются в вычислитель частоты. 1 с.п.ф, 1 илл.

Заявленное техническое решение относится к пассивной локации и может быть использовано в двухканальных и после некоторой модернизации в многоканальных станциях радиотехнического мониторинга и многопозиционной локации.

Существует ряд задач радиотехнического мониторинга, заключающихся в точном определении пеленга источников радиоизлучения (ИРИ), функционирующих в условиях априорной неизвестности значений частотно-временных параметров их сигналов и режимов работы в пространстве и времени.

В настоящее время наиболее широко распространенными методами пеленгации ИРИ являются амплитудный метод, фазовый метод и их комбинация, например, А.И. Леонов, К.И. Фомичев Моноимпульсная локация, М.: Радио и связь, 1984, Теоретические основы радиолокации Под ред. Профессора Я.Д. Ширмана М.: Сов. радио, 1970, Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы. Монография. Томск, ТУСУР, 2002, Патент РФ 29783 МПК G01S 3/28. H04K 3/00 от 27.05.2003 г. Корабельная станция радиотехнической разведки, Патент РФ 24884 МПК О018 3/02 от 27.08.2002 г. Устройство моноимпульсного измерения пеленга источников радиосигналов и др.

Первый метод в части пропускной способности является достаточно эффективным. Однако достичь точности пеленгования выше, чем величины порядка единиц - десятых долей градуса, проблематично из-за конечных минимальных размеров конструкции антенны и дрейфа ее характеристик по диапазону частот.

Второй метод - фазовый является достаточно точным методом пеленгования (погрешность пеленгования до нескольких минут). Однако неоднозначность вычисления фаз, зависящая от частоты сигнала ИРИ и расстояния между фазовыми центрами антенн существенно влияет на пропускную способность таких пеленгаторов, в первую очередь, из-за многошкального способа вычисления пеленга.

Известно устройство пеленгования ИРИ фазовым методом (Патент РФ 2096797 МПК G01S 3/14, G01S 3/74 от 20.11.19997 г., 2144200 МПК G01S 3/14, G01S 3/74 от 10.01.2000 г., 2251707 МПК G01S 3/14 от 10.10.2004 г., 2201599 G01S 3/14, G01S 3/74 от 27.03.2003 г., 2289146 МПК G01S 3/00, G01S 5/04 от 10.12.2006 г.), включающий антенную систему с коммутатором переключения опорной антенны и элементов решетки, опорный генератор (гетеродин) вычислитель сверток, блока Фурье преобразования сверток, вычисления модуля углового спектра с наибольшим значением.

Известно также устройство (Патент РФ 2423719 МПК G01S 3/14 от 11.05.2010 г.), отличающееся от приведенных выше более повышенной точностью пеленгования за счет вычитания из скорректированных эталонных разностей фаз с учетом обноски пеленгатора соответствующих значений измеренных разностей фаз, возведение в квадрат полученных значений невязок, их суммирование по всем парам антенных элементов и всем частотным поддиапазонам, определение наиболее вероятного направления прихода радиосигнала по наименьшей сумме квадратов невязок. Для этого в устройство дополнительно введены первый и второй модемы с подсоединенными к каждому из них приемной и передающей антеннами, блок ключей, четвертое запоминающее устройство, радионавигатор, генератор гармонических сигналов с подсоединенной к нему передающей антенной, блок управления, дешифратор и вторая входная установочная шина.

Известно устройство точного пеленгования (Патент РФ 2069866 МПК G01S 3/00, G01S 3/46 от 27.11.1996 г.) на основе реализации метода максимального правдоподобия и содержащего антенную систему, в количестве N антенн, N приемно-усилительных трактов, N-1 фазометров, устройство устранения неоднозначности и два весовых сумматора.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к настоящему заявляемому техническому решению является устройство фазовый пеленгатор-частотомер (Патент РФ 2124216 МПК G01S 3/72 от 27.12.1998 г.). Устройство-прототип содержит N антенных элементов, N дисперсионных линий задержек, N приемо-усилительных трактов, N-1 фазометров, N-1 входовых устройства устранения неоднозначности и два N-1 входовых весовых сумматора, вычислитель пеленга и вычислитель частоты.

Фазовый пеленгатор-частотомер работает следующим образом. На антенную решетку падает плоский волновой фронт, и, так как антенные элементы разнесены на расстояние d, то сигналы, поступающие на вход линий задержек, имеют разные фазы. Сигналы, поступающие с выходов антенных элементов, смешиваются с линейным частотным модулированным (ЛЧМ) напряжением гетеродина. Смешанный сигнал подается на вход дисперсионных линий задержек (ДЛЗУ Сигнал на выходе дисперсионной ЛЗ представляет собой короткий радиоимпульс, положение которого относительно начала ЛЧМ напряжения гетеродина зависит от частоты излучения источника. На этом основано определение несущей частоты сигнала. Измеряя разность фаз между сигналами с выхода ДЛЗ разных каналов, можно определить пеленг источника излучения. В приемно-усилительных трактах эти сигналы усиливаются и поступают на фазометры, которые измеряют разность фаз между сигналами различных каналов. Информация о разности фаз поступает на вход устройства устранения неоднозначности, где восстанавливается целое число периодов разностей фаз, утраченных при измерении, формируется совокупность полных разностей фаз. Сигнал, соответствующий совокупности полных разностей фаз, подается на весовые сумматоры, где путем весового суммирования формируются оценки параметров реальной и мнимой частей комплексного сигнала, поступают на входы вычислителей пеленга и частоты сигнала, где определяются значения пеленга и частоты сигнала. При этом фазовый пеленгатор может быть реализован в аналоговом или в цифровом виде. Устройство устранения неоднозначности может быть различным, в зависимости от того, какой алгоритм положен для отыскания вектора неоднозначности.

Недостатком описанного выше устройства является большое время обработки принимаемого сигнала, и, следовательно, низкая пропускная способность системы мониторинга. Необходимо отметить, что все вышеприведенные технические решения фазового пеленгования эффективны для так называемых «связных» сигналов и проблематичны для кратковременных, а порой эпизодических радиолокационных сигналов, основным принципом мониторинга которых является принцип «обнаружение-измерение-пеленгование» в односигнальном цикле.

Задачей заявляемого технического решения является сокращение времени обработки сигналов по вычислению пеленгов, восстановление на этой основе пропускной способности и, тем самым, обеспечение реализации односигнального цикла принципа радиотехнического мониторинга - «обнаружение-измерение-пеленгование».

Поставленная задача достигается тем, что в устройство введены, соответственно по каналам, блоки детекторов-преобразователей уровней входного сигнала, RS-триггеры, гетеродины линейных частотных модулированных колебаний (ЛЧМ), смесители, устройства выделения огибающей, и общее для всех каналов устройство измерения времени запаздывания сигналов между приемными каналами, соединенные с соответствующими элементами устройства.

На фигуре представлена структурная схема радиопеленгатора минимального состава, т.е. двухканального азимутального радиопеленгатора. Радиопеленгатор (РП) состоит из двух ненаправленных антенных элементов, канала «А» и канала «В», разнесенных между собой на расстояние d, двух приемно-усилительных трактов с общим гетеродином, выполненных по супергетеродинной схеме, соответственно канала «А» и канала «В» и четырех дисперсионных линий задержек, из них двух размещаемых после приемно-усилительных трактов и обозначенных на фигуре как фильтры сжатия радиосигналов по каналам «А» и «В», соответственно, а оставшихся двух, выполняющих роли ЛЧМ-гетеродинов также каналов «А» и «В», соответственно. Далее, соответственно, по каналам «А» и «В», между выходом приемно-усилительных трактов и входами фильтров сжатия радиосигналов размещен смеситель принятого сигнала канала «А» (СМА) и смеситель канала «В» (СМВ) с указанными выше ЛЧМ-гетеродинами и RS-триггерами каналов «А» и «В». Кроме того, для нормальной работы RS-триггеров обоих каналов на их входе размещены блоки детекторов-преобразователей уровня входного сигнала. Для получения видеосигналов используются устройства выделения огибающей сигнала канала «А» и канала «В», соответственно, входы которых подключены к выходам фильтров сжатия, а выходы, первый, радиочастотный, подключается в вычислителю частоты, а второй, видеосигнальный, подключается к соответствующим аналого-цифровым преобразователям устройства измерения времени запаздывания сигналов между приемными каналами, выход последнего устройства подключается к вычислителю пеленга.

Радиопеленгатор работает следующим образом. На антенные элементы падает плоский волновой фронт. В связи с тем, что антенные элементы разнесены в азимутальной (горизонтальной) плоскости на расстояние d, то сигналы будут поступать на вход своих приемно-усилительных трактов в разное время. Предположим что сигнал канала «В» опаздывает. В этом случае усиленный на промежуточной частоте радиосигнал канала «А» поступает в смеситель СМА и через блок детектора-преобразователя уровня входного сигнала на S вход RS-триггера канала «А» и на R вход RS-триггера канала «В». Исходное состояние обоих RS-триггеров логическая единица. В результате этого из RS-триггера канала «А» на вход ЛЧМ-гетеродина поступает электрический сигнал, возбуждающий ДЛЗ. Линейные частотные колебания с полосой, равной девиации частоты, и периодом колебаний, равным времени задержки ДЛЗ, поступают в смеситель СМА, где смешиваются с колебаниями входного сигнала и выделяется сигнал с разностной частотой, поступающий на вход фильтра сжатия, представляющего собой также ДЛЗ, но с зеркальной характеристикой преобразования в отличие от ДЛЗ ЛЧМ-гетеродина. Необходимо отметить, что входной сигнал канала «А», одновременно поступающий и на вход R RS-триггера канала «В» переводит его в логический ноль.

При прохождении сигнала через фильтр сжатия на его выходе, вследствие преобразования Фурье, появляются фурье-отклики, представляющие собой последовательность «сжатых» импульсов, время задержки которых относительно начала ЛЧМ колебаний пропорционально частоте спектральных составляющих входного сигнала. Таким образом, на выходе фильтра будут присутствовать «сжатые» сигнальные радиоимпульсы и «сжатые» задержанные ЛЧМ радиоимпульсы на время задержки ДЛЗ.

Для определения несущей частоты «сжатые» сигнальные радиоимпульсы и «сжатые» задержанные ЛЧМ радиоимпульсы передаются через устройство выделения огибающей в вычислитель частоты, а для определения пеленга уже видеоимпульсы сначала передаются для вычисления искомого временного интервала в устройство измерения времени запаздывания сигналов между приемными каналами, а затем в виде кодов двоичного числа в вычислитель пеленга.

При поступлении сигнала из выхода приемно-усилительного тракта канала «В» на S вход RS-триггера «В», на R вход RS-триггера «А» и смеситель СМВ происходят аналогичные процессы, какие были в канале «А».

С выхода устройства выделения огибающей видеоимпульсы поступают в устройство измерения времени запаздывания сигналов между приемными каналами. Значение измеренного интервала времени в виде кодов двоичного числа передается в блок вычисления пеленга устройства вычисления согласно следующему выражению:

где

С - скорость распространения электромагнитных волн;

t - значение измеренного интервала времени;

d - расстояние между антеннами элементами.

Заявленное техническое решение рассматривается при работе с радиолокационными сигналами, длительности элементарных посылок которых составляют величину не менее двух временных интервалов задержек ДЛЗ. Для пеленгования ИРИ в угломестной плоскости необходима организация 2-х дополнительных приемных каналов, размешенных в ортогональной плоскости. Вся совокупность физических процессов при прохождении сигналов будет практически такая же, как и при вычислении азимутального пеленга. Для повышения точности измерений пеленгов количество приемных каналов в ортогональных плоскостях можно увеличивать, а также применять некогерентное накопление сигналов.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является сокращение времени обработки сигналов по вычислению пеленгов, восстановление на этой основе пропускной способности и, тем самым, обеспечение реализации односигнального цикла принципа радиотехнического мониторинга - «обнаружение-измерение-пеленгование».

Таким образом, поставленная задача решена.

Радиопеленгатор, содержащий не менее двух антенных элементов, приемно-усилительных трактов, дисперсионных линий задержек, образующих приемные каналы, вычислитель частоты и вычислитель пеленга, отличающийся тем, что в него по каждому каналу введены блок детектора-преобразователя уровня входного сигнала, смеситель, RS-триггер, гетеродин линейных частотных модулированных колебаний, устройство выделения огибающей сигнала и общее для всех каналов устройство для измерения времени запаздывания сигналов между каналами, причем вход каждого блока детектора-преобразователя уровня входного сигнала подключен через разветвитель к выходу своего приемно-усилительного тракта, а выход блока детектора-преобразователя уровня входного сигнала подсоединен к S-входу RS-триггера своего канала и к R-входу RS-триггера другого канала, при этом выход каждого из RS- триггеров подключен к входу возбуждения гетеродина линейных частотных модулированных колебаний своего канала, выход последнего подключен к одному из входов соответствующего смесителя, а второй вход смесителя через второй конец разветвителя соединен с выходом приемно-усилительного тракта своего канала, при этом выход смесителя соединен с входом соответствующего фильтра сжатия, а выход фильтра сжатия подключен к входу устройства выделения огибающей сигнала, выходы которого подключены к вычислителю частоты и к одному из входов общего для всех каналов устройства измерения времени запаздывания сигналов между приемными каналами, а выход последнего, в свою очередь, подсоединен к вычислителю пеленга.