Амплитудный одноканальный многочастотный пеленгатор шумовых активных помех

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации и служит целям определения угловых координат постановщиков шумовых активных помех (ПШАП) и оценки частотного распределения мощности шумовых активных помех (ШАП) в диапазоне рабочих частот пеленгатора. Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличения точности измерения угловых координат постановщиков ШАП за счет настройки на частоту с максимальным отношением помеха/шум. Амплитудный одноканальный многочастотный пеленгатор шумовых активных помех содержит антенну, приемное устройство, аналого-цифровой преобразователь, детектор, блок памяти азимутального пакета, блок восстановления азимутального пакета, интегратор, блок памяти амплитуд сигналов, блок сравнения и счетно-решающий блок для определения азимутального положения постановщика активных шумовых помех, а также блок формирования порогового уровня, соединенные определенным образом между собой. 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к радиолокации и служит для определения угловых координат постановщиков шумовых активных помех (ПШАП) и оценки частотного распределения мощности шумовых активных помех (ШАП) в диапазоне рабочих частот пеленгатора, на основе которой производится выбор оптимальной частоты пеленгации.

Известны различные многоканальные и одноканальные устройства [1-4], применяемые для определения угловых координат ПШАП.

Многоканальные амплитудные пеленгаторы [1, 2], обеспечивающие однозначность пеленга и минимальный заданный уровень ложных тревог, содержат несколько приемных каналов, один из которых, с остронаправленной диаграммой направленности (ДН) антенны, является основным, а остальные, со слабонаправленными ДН антенн, - дополнительными. К недостаткам многоканальных пеленгаторов следует отнести большой объем аппаратуры и сложность их построения.

Одноканальный амплитудный пеленгатор [3] содержит приемное устройство, пороговое устройство и устройство управления пороговым уровнем, в состав которого входит накопитель и интегратор, с помощью которых образуется пороговое напряжение, не допускающее приема сигналов по боковым лепесткам ДН антенны.

Пороговый уровень в данном пеленгаторе формируется по пиковому напряжению, огибающему принятые сигналы, для чего в цепи управления пороговым уровнем стоит накопитель. С пороговым уровнем производится сравнение сигналов, принятых через обзор.

Недостатком данного аналога является большой уровень ложных пеленгов.

Существуют и другие варианты построения одноканального амплитудного пеленгатора постановщиков активных помех, где пороговый уровень формируется усреднением амплитуды принятых в некотором угловом интервале помех [4]. С пороговым уровнем сравнивается амплитуда помехи, принятая в том же угловом интервале, что полностью исключает влияние изменения уровня сигналов в соседних обзорах на вероятность ошибки пеленга.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является амплитудный пеленгатор постановщиков активных помех [4], содержащий последовательно соединенные антенну, приемник, детектор, интегратор, блок памяти амплитуд сигналов, блок сравнения, счетно-решающий блок, а также блок усреднения усиления, вход которого подсоединен к выходу интегратора, а выход - ко второму входу блока сравнения.

К недостаткам данной схемы можно отнести то, что работа пеленгатора ПШАП ведется на одной рабочей частоте, которая, в общем случае, не совпадает с частотой максимального уровня мощности помехи, что приводит к уменьшению отношения помеха/шум на входе пеленгатора и, соответственно, к снижению потенциальной точности измерения координат.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение точности измерения угловых координат ПШАП за счет его настройки на частоту с максимальным отношением помеха/шум.

Это достигается тем, что в структурную схему амплитудного пеленгатора постановщиков активных помех, взятого за прототип и содержащего последовательно соединенные антенну, приемник, детектор, интегратор, блок памяти амплитуд сигналов, блок сравнения и счетно-решающий блок для определения азимутального положения поставщика активных шумовых помех (в прототипе счетно-решающий блок), а также блок формирования порогового уровня (в прототипе блок усреднения усиления), вход которого подсоединен к выходу интегратора, а выход - ко второму входу блока сравнения, между детектором и интегратором введены последовательно соединенные между собой блок памяти азимутального пакета и блок восстановления азимутального пакета, кроме того, введены последовательно соединенные блок управления переключением приемных частот и блок формирования частот, выход которого соединен со вторым входом приемника, блок оценки спектра, вход которого соединен с выходом детектора, а выход - со вторым входом блока памяти азимутального пакета.

На фиг.1 представлена структурная схема амплитудного пеленгатора ПШАП-прототипа;

на фиг.2 - структурная схема предлагаемого амплитудного одноканального многочастотного пеленгатора шумовых активных помех;

на фиг.3 - вид азимутального пакета при многочастотной пеленгации;

на фиг.4 - обработка азимутального пакета при многочастотной пеленгации;

на фиг.5 - амплитудно-частотная характеристика ШАП (максимум амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в центре полосы рабочих частот пеленгатора);

на фиг.6 - амплитудно-частотная характеристика ШАП (максимум АЧХ на краю полосы рабочих частот пеленгатора).

На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:

1 - антенна;

2 - приемное устройство;

3 - детектор;

4 - интегратор;

5 - блок памяти амплитуд сигналов;

6 - блок формирования порогового уровня (блок усреднения усиления);

7 - блок сравнения;

8 - счетно-решающий блок для определения азимутального положения поставщика активных шумовых помех (счетно-решающий блок);

9 - блок формирования частот;

10 - блок управления переключением приемных частот;

11 - блок памяти азимутального пакета;

12 - блок оценки спектра;

13 - блок восстановления азимутального пакета.

Амплитудный одноканальный многочастотный пеленгатор шумовых активных помех содержит последовательно соединенные антенну 1, приемное устройство 2, детектор 3, блок памяти азимутального пакета 11, блок восстановления азимутального пакета 13, интегратор 4, блок памяти амплитуд сигналов 5, блок сравнения 7 и счетно-решающий блок для определения азимутального положения поставщика активных шумовых помех 8, а также блок формирования порогового уровня 6, вход которого подсоединен к выходу интегратора 4, а выход - ко второму входу блока сравнения 7, последовательно соединенные блок управления переключением приемных частот 10 и блок формирования частот 9, выход которого соединен со вторым входом приемного устройства 2, и блок оценки спектра 12, вход которого соединен с выходом детектора 3, а выход - со вторым входом блока памяти азимутального пакета 11.

Заявляемое устройство работает следующим образом. С антенны 1 сигнал поступает на приемное устройство 2, настроенное на частоту, задаваемую блоком формирования частот 9. При помощи блока формирования частот 9 и блока управления переключением приемных частот 10 происходит периодическая (потактовая) перестройка частоты приемника 2 по диапазону рабочих частот амплитудного пеленгатора ПШАП. Рабочие частоты располагаются по диапазону равномерно. С приемного устройства 2 сигнал поступает на детектор 3, и полученные с него значения амплитуд записываются в блок памяти азимутального пакета 11. Одновременно с детектора 3 информация поступает на блок оценки спектра 12, в котором производится оценка спектральных характеристик ШАП и выбор частоты пеленгации с максимальным отношением помеха/шум. Из-за периодической (потактовой) смены частоты пеленгации полученный азимутальный пакет будет изрезанным (фиг.3), т.к. отсчеты, соответствующие разным частотам, будут отличаться по величине амплитуды в зависимости от спектральных характеристик ШАП. Чтобы избежать появления дополнительных ошибок в определении угловых координат ПШАП, дальнейшая обработка ведется по отсчетам одной (выбранной) частоты. Такая обработка приводит к тому, что азимутальный пакет получается прореженным на число рабочих частот, используемых при пеленгации (фиг.4 - кривая 1).

Значения амплитуд выбранной частоты считываются из блока памяти азимутального пакета 11 и поступают на блок восстановления азимутального пакета 13, так как без дополнительной обработки азимутального пакета, например интерполяции прореженных отсчетов, происходит снижение точности определения азимута ПШАП. Далее проинтерполированный азимутальный пакет поступает на интегратор 4, где происходит восстановление азимутального пакета. Затем амплитуда восстановленного азимутального пакета (фиг.4 - кривая 2) на каждом такте запоминается в блоке памяти амплитуд сигналов 5. Одновременно азимутальный пакет поступает на блок формирования порогового уровня 6, в котором за некоторое время Т формируется пороговый уровень, равный среднему уровню помехи за период Т, увеличенному таким образом, чтобы не превышалась заданная вероятность ложного пеленга, обусловленная случайными выбросами диаграммы направленности (фиг.4 - кривая 3). Затем в блоке сравнения 7 каждое запомненное в блоке 5 значение сравнивается с пороговым уровнем, и при превышении порога на выходе блока сравнения 7 формируется признак наличия пеленга (фиг.4 - кривая 4). На выходе счетно-решающего блока 8 формируется импульс, ширина которого равна ширине ДН на уровне пересечения ее пороговым уровнем. Центр импульса соответствует азимутальному положению ПШАП.

Эффективность амплитудной одноканальной многочастотной пеленгации тем выше, чем больше неравномерность оцениваемого спектра ШАП (фиг.5, 6).

По предлагаемой схеме построения амплитудного одноканального многочастотного пеленгатора шумовых активных помех проводилось математическое моделирование. При моделировании сканирование по азимуту проводилось с шагом 0.2 градуса. После выбора оптимальной частоты пеленгации азимутальный пакет получается прореженным на число частот пеленгации N, соответственно шаг сканирования увеличивается в N раз. Определение азимута проводилось двумя различными способами: методом поиска центра азимутального пакета (ПЦАП) без интерполяции принятых отсчетов и методом ПЦАП с интерполяцией принятых отсчетов. Интерполяция производилась в соответствии с теоремой Котельникова [5]. Измерение азимута ПШАП велось на частоте, соответствующей максимальному отношению помеха/шум. Результаты измерений азимута, усредненные по 5-ти реализациям, при ширине полосы ШАП 20 МГц, полосе частот пеленгатора 25 МГц (максимум АЧХ ШАП в центре полосы частот пеленгатора) и различном числе частот сканирования представлены в таблице 1.

Таблица 1
Кол-во частот сканирования	Ошибка измерения азимута (ПЦАП, неинтерп.), град.	Ошибка измерения азимута (ПЦАП, интерп.), град.
1	0.1	0.1
3	0.2	0.1
6	0.8	0.1
9	1.4	0.4
12	1.4	0.9

Из таблицы 1 видно, что с увеличением числа частот сканирования точность определения азимута для неинтерполяционных методов заметно ухудшается, в то время как для интерполяционного метода, при оптимальном выборе количества частот сканирования, точности оказываются заметно выше.

На основе анализа результатов математического моделирования можно сделать вывод, что оптимальным числом частот сканирования при использовании метода многочастотной пеленгации является 3-6 частот.

Анализ точностных характеристик измерения азимута методом многочастотной пеленгации при 3-6 частотах сканирования и интерполяции принятых отсчетов показал, что данный метод обеспечивает измерение азимута с ошибкой порядка 0.1 град при шаге сканирования по азимуту 0.2 град.

Выбор оптимальной частоты для пеленга ПШАП (ширина полосы помехи - порядка 20-50 МГц) позволяет получить выигрыш в отношении помеха/шум порядка 1-20 дБ (в зависимости от взаимного расположения частотной полосы ШАП и рабочего диапазона частот пеленгатора (фиг.5, 6)).

Таким образом, в амплитудном одноканальном многочастотном пеленгаторе шумовых активных помех при помощи блока формирования частот 9 и блока управления переключением приемных частот 10 реализуется работа пеленгатора на нескольких частотах, с помощью блока памяти азимутального пакета 11, блока оценки спектра 12 и блока восстановления азимутального пакета 13 производится оценка частотного распределения мощности ШАП в диапазоне рабочих частот пеленгатора, выбор оптимальных частот пеленгации и восстановление азимутального пакета.

Проведенное математическое моделирование показало, что применение интерполяции принятых отсчетов позволяет повысить точность измерения угловых координат ПШАП. После оценки частотного распределения мощности ШАП и настройки пеленгатора на оптимальную частоту пеленгации амплитудный одноканальный многочастотный пеленгатор шумовых активных помех позволяет получить выигрыш в отношении помеха/шум порядка 1-20 дБ, что приводит к соответствующему увеличению точности измерения угловых координат ПШАП.

Перечень использованных источников информации

1. Патент США №3747100, опубликован 1973 г., МПК G01S 3/06, «Устройство определения главного лепестка диаграммы направленности».

2. Патент Великобритании №1236501, опубликован 1971 г., МПК G01S 3/06, «Радиопеленгатор».

3. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации М.: Советское радио, 1970 г.

4. Патент РФ №2074403, опубликован 1997 г., МПК G01S 3/06, «Амплитудный пеленгатор для постановщиков активных помех» ННИИРТ.

5. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа 2000 г.

Амплитудный одноканальный многочастотный пеленгатор шумовых активных помех, содержащий антенну, приемное устройство и детектор, соединенные последовательно, а также интегратор, блок памяти амплитуд сигналов, блок формирования порогового уровня и счетно-решающий блок для определения азимутального положения постановщика активных шумовых помех, соединенные последовательно, и блок формирования порога, вход которого подсоединен к выходу интегратора, а выход - ко второму входу блока сравнения, отличающийся тем, что между детектором и интегратором введены последовательно соединенные блок памяти азимутального пакета и блок восстановления азимутального пакета, кроме того, введены последовательно соединенные блок управления переключением приемных частот и блок формирования частот, выход которого соединен со вторым входом приемного устройства, и блок оценки спектра, вход которого соединен с выходом детектора, а выход - со вторым входом блока памяти азимутального пакета.