Адаптивный радиопеленгатор

 

Изобретение относится к радиопеленгации и может использоваться для определения углового положения радиомаяков. Сущность изобретения заключается в том, что в адаптивном радиопеленгаторе, содержащем антенну с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник подключен к вычитателю и индикатор, антенна выполнена с управляющим входом, а также введены два линейных приемника, коррелятор, логарифматор, два умножителя, сумматор, два квадратора, три делителя, датчик ширины диаграмм направленности, вычислитель квадратного корня и устройство задержки. Причем, каждый выход антенны через линейный приемник соединен с входом коррелятора, выход которого через логарифматор подключен к входу первого умножителя, второй вход которого соединен с первым входом второго умножителя и через первый квадратор подключен к датчику ширины диаграмм направленности. Выход первого умножителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные второй квадратор, устройство задержки и вычислитель квадратного корня подключен к выходу третьего делителя. Второй вход третьего делителя соединен с выходом устройства задержки и вторым входом второго умножителя, выход которого и выход сумматора подключены к входам первого делителя. Вход индикатора соединен с выходом второго делителя, один из входов которого соединен с выходом вычитателя, а другой вход подключен к выходу первого делителя и к первому входу третьего делителя. Выход вычислителя квадратного корня подключен к управляющему входу антенны. Повышение точности пеленгования в адаптивном пеленгаторе при снижении когерентности поля в месте приема осуществляется, во-первых, за счет устранения априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности и во-вторых, - путем повышения пеленгационной чувствительности посредством адаптивной перестройки углового разнесения диаграмм направленности. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиомаячных системах навигации.

Известные амплитудные пеленгаторы содержат антенну с двумя разнесенными по углу диаграммами направленности (ДН) и два логарифмических приемника соединенных с вычитателем.

Наиболее близким к изобретению является пеленгатор содержащий антенну с двумя одинаковыми разнесенными по углу ДН и с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник соединен с входом вычитателя. Оценка пеленга в таком пеленгаторе при неследящем пеленговании производится по измеренному значению разностной амплитуды на выходе вычитателя и ее априори известной зависимости от пеленга пеленгационной характеристике (ПХ), предполагающейся линейной в некотором секторе пеленгования. Крутизна ПХ пеленгатора, определяющая его пеленгационную чувствительность (ПЧ), обратно пропорциональна квадрату ширины его диаграмм направленности.

Наличие рассеивающей среды нарушает когерентность поля в месте приема и вызывает известное расширение ДН антенн. Степень подобного расширения может достигать полутора двух раз, что является причиной трехкратного и более снижения ПЧ по сравнению с ее значением в когерентном поле. Использование в этих условиях для определения пеленга значения ПЧ справедливого для когерентного поля приводит в известном пеленгаторе к появлению дополнительных ошибок к смещению оценок пеленга и увеличению их флуктуаций. Рассматриваемый адаптивный пеленгатор позволяет повысить точность пеленгования источников излучения в рассеивающих средах.

С этой целью в известном амплитудном пеленгаторе, содержащем антенну с двумя разнесенными по углу диаграммами направленности и с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник подключен к вычитателю, антенна выполнена с регулируемым угловым разнесением ДН и с управляющим величиной углового разнесения входом, а также введены два приемника, коррелятор, логарифматор, два умножителя, сумматор, два квадратора, три делителя, датчик значения ширины ДН, вычислитель квадратного корня, устройство задержки и индикатор. При этом, каждый выход антенны через приемник соединен с входом коррелятора, выход которого через логарифматор подключен к входу первого умножителя. Второй вход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя и через первый квадратор подключен к датчику значения ширины ДН, выход первого умножителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные второй квадратор, устройство задержки и вычислитель квадратного корня подключен к выходу третьего делителя. Второй вход третьего делителя соединен с входом устройства задержки и вторым входом второго умножителя, выход которого и выход сумматора подключены к входам первого делителя. Индикатор соединен с выходом второго делителя, один из входов которого соединен с выходом вычитателя, а другой вход подключен к выходу первого делителя и к первому входу третьего делителя, выход вычислителя квадратного корня подключен к управляющему величиной углового разнесения входу антенны.

На чертеже изображена структурная электрическая схема адаптивного радиопеленгатора.

Пеленгатор содержит антенну 1 с регулируемым угловым разнесением двух диаграмм направленности, с управляющим величиной углового разнесения входом и с двумя выходами, два логарифмических приемника 2 и 3, два приемника 4 и 5, коррелятор 6, логарифматор 7, первый умножитель 8, сумматор 9, второй квадратор 10, первый квадратор 11, второй умножитель 12, устройство задержки 13, датчик значения ширины диаграмм направленности 14, первый делитель 15, вычислитель 16 квадратного корня, индикатор 17, второй делитель 18, третий делитель 19 и вычитатель 20.

Практически, регулировка углового разнесения диаграмм направленности может быть реализована одним из известных способов, например, посредством изменения расстояния между облучателями расположенными в фокальной плоскости зеркальной антенны пеленгатора.

Для описания работы адаптивного радиопеленгатора необходимо сделать некоторые аналитические пояснения.

Пеленгационная характеристика обычного амплитудного пеленгатора аналитически представляется в виде зависимости выраженной в децибеллах разностной амплитуды U от пеленга , отсчитываемого, как правило, от равносигнального направления (РСН) где U₁, U₂ амплитуды на выходах антенны; a_p величина углового разнесения ДН пеленгатора; ширина ДН пеленгатора на уровне 3 дБ от максимума; (2) крутизна ПХ пеленгационная чувствительность пеленгатора, дБ/град.

Из (1) и (2) следует обычно используемый алгоритм пеленгования = U/_o= U²/24_p (3) (3) Для частично когерентного поля в месте приема пеленгационную чувствительность логично записать в виде = 24_p/²_эфф, (4) (4)
где _эфф эффективная ширина ДН пеленгатора.

Аналогично (3) пеленг
= U/_o= U²/24_p (5) (5)
В общем случае _эфф больше и только в когерентном случае q_эфф= . Это говорит о том, что крутизна в общем случае меньше крутизны m_o, а оценка пеленга произведенная (на трассах с рассеянием) по алгоритму (3) оказывается смещенной, причем в сторону ее приближения к РСН.

Определение _эфф для получения из (5) алгоритма несмещенной оценки пеленга оказалось возможным посредством установления связи _эфф с величиной корреляции амплитуд (r) на выходах антенны:

В результате, после использования (6) в (4) и (5) пеленгационная чувствительность

алгоритм оценки пеленга

Алгоритм (8) позволяет устранить смещение оценки пеленга посредством исключения априорной неопределенности в ПЧ, но не снижает в то же время возрастающую при уменьшении ПЧ флуктуационную составляющую ошибки пеленгования. Эту ошибку можно уменьшить, повысив ПЧ за счет увеличения углового разнесения _p. Как известно, соотношение между величиной углового разнесения и шириной ДН амплитудных пеленгаторов при их проектировании выбирается вполне определенным удовлетворяющим, например, требованию компромисса между ПЧ (т. е. точностью пеленгования) и энергетикой в РСН [1, c. 82 84] Можно считать, что в диапазоне изменения условий распространения на трассе необходимо сохранение задаваемого из конкретных тактико-технических требований отношения

где требуемое в данных конкретных условиях распространения радиоволн угловое разнесение ДН-пеленгатора. Поскольку

учитывая (4) и (6) требуемое значение углового разнесения должно определяться величиной
(11)
В этом рекуррентном соотношении, описывающем процесс адаптивной перестройки углового разнесения, можно считать последующим, а _p - настоящим, существующим в момент измерения корреляции r, значениями углового разнесения.

Адаптивный радиопеленгатор (чертеж) работает следующим образом.

Колебания с выходов антенный 1 усиливаются, логарифмируются, детектируются в логарифмических приемниках 2, 3 и далее вычитаются в вычитателе 20, образуя на его выходе выраженную в дБ разностную амплитуду U.

Сигналы с выходов антенны поступают также на линейные приемники 4, 5, где они усиливаются, детектируются и подаются на коррелятор 6.

Образующийся на выходе коррелятора коэффициент корреляции r (здесь и далее имеется ввиду сигнал пропорциональный параметру) через логарифматор 7 поступает на умножитель 8, где перемножается с квадратом ширины ДН ² образующимся на выходе квадратора 11 по сигналу от датчика 14 ширины ДН q.

Значение ²lnr образующееся на выходе умножителя 8, вводится в сумматор 9. На второй вход сумматора с коэффициентом пропорциональности равным ln2 вводится значение ²_p образованное на выходе квадратора 10 про поступившему на его вход значению углового разнесения _p образованному на выходе устройства задержки 13.

В результате на выходе сумматора образуется сумма ²lnr+²_pln2, которая с коэффициентом пропорциональности равным 24 вводится на первый вход первого делителя 15. На второй его вход поступает результат перемножения в умножителе 12 значения квадрата ширины ², образованного на выходе квадратора 11 и значения углового разнесения a_p поступающего с выхода устройства задержки 13.

После выполнения деления на выходе делителя 15 появляется существующее в данный момент значение пеленгационной чувствительности (7), изменяющееся при изменении когерентности поля в апертуре антенны.

В результате деления образованной в вычитателе 20 разностной амплитуды DU на значение чувствительности в делителе 18 на его выходе в соответствии с алгоритмом (8) формируется оценка пеленга индицируемая на индикаторе 17.

Для формирования сигнала адаптивной перестройки углового разнесения на один вход третьего делителя 19 с выхода первого делителя 15 подается значение ПЧ m существующее в данный момент, на другой вход делителя 19 с коэффициентом пропорциональности равным 24 с выхода устройства задержки 13 поступает существующее в данный момент значение углового разнесения a_p.

С выхода делителя 19 значение 24_p/ вводится в вычислитель 16 квадратного корня и с коэффициентом пропорциональности образует на выходе 16 требуемое последующее значение углового разнесения . Это значение подается на устройство задержки 13 и на управляющий вход антенны, где осуществляется установка требуемого значения углового разнесения. Устройство задержки 13 обеспечивает задержку использования последующего значения углового разнесения в качестве существующего в данный момент разнесения _p. Величина задержки складывается из времени перестройки углового разнесения в антенне 1 и времени распространения сигналов от антенны до делителя 18, на выходе которого формируется оценка пеленга.

Таким образом, реализация алгоритмов (7), (8) и (11) в виде адаптивного пеленгатора позволяет повысить точность пеленгования источников излучения в рассеивающих средах, во-первых, за счет преодоления априорной неопpеделенности в пеленгационной чувствительности и, во-вторых, путем повышения пеленгационной чувствительности (ее максимизации) посредством адаптивной перестройки углового разнесения диаграмм направленности.

Формула изобретения

Адаптивный радиопеленгатор, содержащий антенну с двумя разнесенными по углу диаграммами направленности и с двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник подключен к вычитателю, отличающийся тем, что антенна выполнена с регулируемым угловым разнесением диаграмм направленности и с управляющим величиной углового разнесения входом, а также введены два линейных приемника, коррелятор, логарифматор, два умножителя, сумматор, два квадратора, три делителя, датчик значения ширины диаграмм направленности, вычислитель квадратного корня, устройство задержки и индикатор, причем каждый выход антенны через линейный приемник соединен с входом коррелятора, выход которого через логарифматор подключен к входу первого умножителя, второй вход первого умножителя соединен с первым входом умножителя и через первый квадратор подключен к датчику значения ширины диаграмм направленности, выход первого умножителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные второй квадратор, устройство задержки и вычислитель квадратного корня подключен к выходу третьего делителя, второй вход третьего делителя соединен с выходом устройства задержки и вторым входом второго умножителя, выход которого и выход сумматора подключены к входам первого делителя, индикатор соединен с выходом второго делителя, один из входов которого соединен с выходом вычитателя, а другой вход подключен к выходу первого делителя и к первому входу третьего делителя, выход вычислителя квадратного корня подключен к управляющему величиной углового разнесения входу антенны.

РИСУНКИ

Рисунок 1