Амплитудный радиопеленгатор

 

Изобретение может использоваться в системах радионавигации. Использование радиопеленгатора обеспечивает, во-первых, уменьшение смещения оценки пеленга вследствие устранения априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности и во-вторых - равноточность измерений ввиду стабилизации пеленгационной чувствительности посредством адаптивной перестройки углового разнесения диаграмм направленности в меняющихся условиях распространения радиоволн на трассах с рассеянием.

Антенна пеленгатора выполнена с регулируемым угловым разнесением двух диаграмм направленности, с управляющим угловым разнесением входом и двумя выходами, каждый из которых через логарифмический приемник подключен к вычитателю. Кроме этого, каждый выход антенны через соответствующий линейный приемник соединен с входом коррелятора, выход которого через логарифматор подключен к первому входу первого умножителя, второй вход этого умножителя соединен с первым входом второго умножителя и через второй квадратор подключен к клемме ввода значения ширины диаграмм направленности, выход первого умножителя подключен к входу сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные первый квадратор и устройство задержки подключен к выходу второго делителя и управляющему угловым разнесением воду антенны, выход устройства задержки соединен с вторыми входами второго и третьего умножителей, клемма ввода стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности подключена к первому входу третьего умножителя, выход которого соединен с вторым входом второго делителя, выход сумматора и выход второго умножителя соединены с входами первого делителя, выход которого подключен к первым входам второго и третьего делителей, выход вычитателя соединен с вторым входом третьего делителя, выход которого подключен к индикатору. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники 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 рассматриваемому пеленгатору можно считать пеленгатор [1] 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, определяющая пеленгационную чувствительность ПЧ такого пеленгатора обратно пропорциональна квадрату ширины его ДН.

Наличие рассеивающей среды нарушает когерентность поля в месте приема и вызывает известное расширение ДН антенн (например, [2]). 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 их неравноточности. Рассматриваемый амплитудный пеленгатор позволяет повысить точность пеленгования источников излучения в рассеивающих средах.

С этой целью в известном амплитудном радиопеленгаторе, 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 диаграмм направленности и с управляющим угловым разнесением входом, а также введены: два приемника, коррелятор, логарифматор, три умножителя, сумматор, два квадратора, устройство задержки, три делителя, клемма ввода значения ширины диаграмм направленности, клемма ввода стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности и индикатор. Причем, каждый выход антенны через соответствующий приемник соединен с входом коррелятора, выход которого через логарифматор подключен к первому входу первого умножителя, второй вход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя и через второй квадратор подключен к клемме ввода ширины диаграмм направленности. Выход первого умножителя подключен к входу сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные первый квадратор и устройство задержки подключен к выходу второго делителя и управляющему угловым разнесением входу антенны. Выход устройства задержки соединен с вторыми входами второго и третьего умножителей. Клемма ввода стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности подключена к первому входу третьего умножителя, выход которого соединен с вторым входом второго делителя. Выход сумматора и выход второго умножителя соединены с входами первого делителя, выход которого подключен к первым входам второго и третьего делителей. Выход вычитателя соединен с вторым входом третьего делителя, выход которого подключен к индикатору.

Структурная электрическая схема амплитудного радиопеленгатора приведена на чертеже.

Амплитудный радиопеленгатор содержит антенну 1 с регулируемым угловым разнесением диаграмм направленности, с двумя выходами и управляющим угловым разнесением входом, логарифмические приемники 2 и 3, приемники 4 и 5, коррелятор 6, логарифматор 7, первый умножитель 8, сумматор 9, первый 10 и второй 11 квадраторы, второй умножитель 12, устройство задержки 13, первый 14 и второй 15 делители, индикатор 16, третий делитель 17, третий умножитель 18, вычитатель 19, клемма К1 ввода значения ширины диаграмм направленности и клемма К2 ввода стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности.

Практически, регулировка углового разнесения ДН может быть реализована, например, известным способом посредством изменения расстояния между облучателями расположенными в фокальной плоскости зеркальной антенны.

Пеленгационная характеристика амплитудного пеленгатора аналитически представляется в виде зависимости выраженной в децибеллах разностной амплитуды U от пеленга , отсчитываемого от РСН: где U₁, U₂ амплитуды на выходах антенны; a_p величина углового разнесения ДН; ширина ДН антенны на уровне 3-х дБ от максимума; ПЧ пеленгатора в когерентном поле, дБ/град.

Из 1 и 2 следует обычно используемый алгоритм пеленгования: Для частично когерентного поля в месте приема, выражение для ПЧ логично представить в виде 4
где _э эффективная ширина ДН пеленгатора.

Аналогично 3, пеленг

В рассеивающих средах, в общем случае _э больше и только в когерентных условиях эти величины совпадают. Это говорит о том, что крутизна m 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 _э для получения из 5 алгоритма несмещенной оценки пеленга оказалось возможным посредством установления и использования связи _э с величиной корреляции амплитуд r на выходах антенны пеленгатора:

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. Однако, это, как уже отмечалось, не устраняет нестабильности ПЧ при изменении условий распространения радиоволн, что, например, приводит к неравноточности измерений.

Из 4 следует, что добиться стабилизации ПЧ можно посредством изменения углового разнесения ДН пеленгатора _p, что и реализуется в рассматриваемом пеленгаторе.

Для задаваемого из тех или иных соображений стабилизируемого значения ПЧ _ст можно записать:

где требуемая для выполнения этого равенства величина углового разнесения.

Из 9 следует необходимое условие стабилизации:

Для получения из 10 алгоритма адаптивной перестройки углового разнесения ДН, необходимо определить неизвестную, существующую в данных условиях распространения, эффективную ширину ДН пеленгатора _э. Ее значение следует из 4:

где ПЧ определяется в рассматриваемом пеленгаторе по алгоритму 7.

В результате, после использования 11 в 10 искомый алгоритм имеет вид рекуррентного выражения описывающего процесс адаптивной перестройки углового разнесения ДН пеленгатора:

где является последующим (требуемым), а _p настоящим, существующим (в момент оценки по алгоритму 7) значениями углового разнесения ДН.

Амплитудный радиопеленгатор (чертеж) работает следующим образом.

Колебания с выходов антенны 1 усиливаются, логарифмируются, детектируются в логарифмических приемниках 2, 3 и далее, вычитаются в вычитателе 19, образуя на его выходе выраженную в дБ разностную амплитуду DU.

Сигналы с выходов антенны поступают также на линейные приемники 4, 5, где они усиливаются, детектируются и затем подаются на коррелятор 6. Образующийся на выходе коррелятора коэффициент корреляции r (здесь и далее имеется в виду значение сигнала пропорциональное параметру), через логарифматор 7 поступает на умножитель 8, где перемножается с квадратом ширины ДН (²) образующимся на выходе квадратора 11 по введенному на его вход через клемму К1 значению ширины ДН .

Значение ²lnr с выхода умножителя 8 вводится в сумматор 9. На второй его вход, с коэффициентом пропорциональности равным ln2 вводится значение квадрата углового разнесения (²_p) образованное на выходе квадратора 10 по поступившему на его вход значению _p имеющемуся на выходе устройства задержки 13.

В результате, на выходе сумматора образуется сумма ²lnr+²_pln2, которая с коэффициентом пропорциональности равным 24-м, вводится на вход делителя 14. На другой его вход подается результат перемножения в умножителе 12 квадрата ширины ² поступающего с квадратора 11 и углового разнесения a_p, образованного на выходе устройства задержки 13.

После выполнения деления, на выходе делителя 14, в соответствии с алгоритмом 7, появляется существующее в данный момент значение пеленгационной чувствительности значение, изменяющееся при изменении когерентности поля в апертуре антенны.

В результате деления, образованной в вычитателе 19 разностной амплитуды DU на значение чувствительности , в делителе 17, на его выходе в соответствии с алгоритмом 8 формируется несмещенная оценка пеленга индицируемая на индикаторе 16.

Для формирования сигнала перестройки углового разнесения ДН, т.е. реализации алгоритма 12, в умножителе 18 образуется произведение введенного на клемму К2 стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности m_ст на существующее в настоящий момент значение углового разнесения _p, поступающего с выхода устройства задержки 13. Далее это произведение делится в делителе 15 на существующее значение ПЧ , в результате чего на выходе делителя согласно алгоритма 12 формируется сигнал управления соответствующий требуемому значению углового разнесения . Этот сигнал поступает на управляющий вход антенны, где и производится установка требуемого значения углового разнесения.

Устройство задержки 13 обеспечивает задержку использования поступающего на его вход последующего значения углового разнесения в качестве существующего в данный момент разнесения _p, образуемого на его выходе. Величина задержки определяется временем необходимым для формирования нового сигнала управления. Это время ориентировочно складывается из времени перестройки углового разнесения в антенне и времени запаздывания сигналов (включая и время необходимое для оценки корреляции) от антенны до второго делителя 15.

Использование амплитудного радиопеленгатора обеспечивает, во-первых, уменьшение смещения оценки пеленга вследствие устранения априорной неопределенности в пеленгационной чувствительности и во-вторых равноточность измерений ввиду стабилизации пеленгационной чувствительности посредством адаптивной перестройки углового разнесения диаграмм направленности в меняющихся условиях распространения радиоволн на трассах с рассеянием.

Источники информации
1. Леонов А. И. Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М. Радио и связь, 1984, с.67 (прототип).

2. Шифрин Я. С. Вопросы статистической теории антенн. М. Сов. радио, 1970, с.265 266.

Формула изобретения

Амплитудный 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 угловым разнесением входом, а также введены два линейных приемника, коррелятор, логарифматор, три умножителя, сумматор, два квадратора, устройство задержки, три делителя, клемма ввода значения ширины диаграмм направленности, клемма ввода стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности и индикатор, причем каждый выход антенны через соответствующий линейный приемник соединен с входом коррелятора, выход которого через логарифматор подключен к первому входу первого умножителя, второй вход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя и через второй квадратор подключен к клемме ввода значения ширины диаграмм направленности, выход первого умножителя подключен к входу сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные первый квадратор и устройство задержки подключен к выходу второго делителя и управляющему угловым разнесением входу антенны, выход устройства задержки соединен с вторыми входами второго и третьего умножителей, клемма ввода стабилизируемого значения пеленгационной чувствительности подключена к первому входу третьего умножителя, выход которого соединен с вторым входом второго делителя, выход сумматора и выход второго умножителя соединены с входами первого делителя, выход которого подключен к первым входам второго и третьего делителей, выход вычитателя соединен с вторым входом третьего делителя, выход которого подключен к индикатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1