Способ амплитудного пеленгования источников радиоизлучений

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может быть использовано в системах радиотехнического контроля параметров радиосигналов для пеленгования источников радиоизлучений. Целью изобретения является повышение точности пеленгования. Достигаемым техническим результатом является повышение точности пеленгования. Сущность способа амплитудного пеленгования источников радиоизлучений заключается в том, что излучаемый сигнал принимают М идентичными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты в плоскости пеленгования одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности смежных антенн пересекаются на уровне не более трех децибел, а всех М антенн в сумме перекрывают сектор пеленгования 360° принятые сигналы распределяют по М идентичным приемным каналам, в каждом из которых поступивший в него сигнал усиливают, детектируют, усиливают в логарифмическом видеоусилителе, измеряют мощность усиленных сигналов в канале с максимальным уровнем и в двух смежных с ним и по соотношению мощностей измеренных сигналов определяют направление на источник излучения ϕ_и по соответствующим формулам. 5 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к пассивной радиолокации, и может быть использовано в системах радиотехнического контроля параметров радиосигналов для пеленгования источников радиоизлучений.

Известен способ амплитудного пеленгования источников радиоизлучений, используемый в амплитудной суммарно-разностной системе пеленгования, описанной в книге М.И.Финкельштейна "Основы радиолокации". -М.: Радио и связь, 1983, с.420-428. Он заключается в том, что излучаемый сигнал принимают двумя идентичными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты в плоскости пеленгования таким образом, что диаграммы направленности антенн пересекаются на уровне порядка трех децибел, формируют разность и сумму принятых сигналов и вычисляют направление на источник радиоизлучения как величину, пропорциональную отношению мощностей разности и суммы принятых сигналов.

Недостатком этого способа является узкий сектор пеленгования, обусловленный ограниченностью диаграмм направленности антенн. Другим недостатком этого способа является сложность реализации, обусловленная необходимостью формировать сумму и разность принятых сигналов и осуществлять нормировку результата формирования по суммарному сигналу (формировать цепь автоматической регулировки усиления для поддержания постоянства уровня сигнала в суммарном канале для обеспечения операции деления на мощность суммарного сигнала).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ амплитудного пеленгования источников радиоизлучений, используемый в информационно-измерительной системе, описанной в статье Э.В.Чекрыгина и др. "Информационно-измерительная система источников радиоизлучений" [Вопросы специальной радиоэлектроники. Сер. ОВР. - Москва - Таганрог, вып.1. - 2003], и в корабельной станции радиотехнической разведки, защищенной свидетельством на полезную модель №29197, МПК Н04К 3/00, G01S 7/28, публ. 2003 г. Он заключается в том, что излучаемый сигнал принимают М идентичными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности смежных антенн пересекаются на уровне не более трех децибел, а всех М антенн в сумме перекрывают сектор пеленгования 360°, принятые сигналы распределяют по М идентичным приемным каналам, в каждом из которых поступивший в него сигнал усиливают, детектируют, результат детектирования усиливают в логарифмическом видеоусилителе, измеряют мощность усиленных сигналов в канале с максимальным уровнем и в двух смежных с ним и по соотношению мощностей измеренных сигналов определяют направление на источник излучения. При этом расчет направления ϕ_и на источник излучаемого сигнала ведут по формуле

где N - номер приемного канала с максимальным уровнем сигнала;

ϕ_N - направление фокальной оси антенны N-го приемного канала;

Θ₀ - угловой сдвиг между фокальными осями смежных антенн;

P_N, P_N+1, P_N-1 - относительные, отсчитанные от уровня чувствительности в дБ, уровни мощности принятого сигнала в N-ом приемном канале и в смежных с ним справа и слева соответственно.

Недостатком этого способа является относительно низкая точность определения направления ϕ_и на источник излучения, обусловленная большой методической погрешностью вычислений по формуле (1).

Целью изобретения является повышение точности пеленгования. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе амплитудного пеленгования источников радиоизлучений, в котором излучаемый сигнал принимают М идентичными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты в плоскости пеленгования одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности смежных антенн пересекаются на уровне не более трех децибел, а всех М антенн в сумме перекрывают сектор пеленгования 360°, принятые сигналы распределяют по М идентичным приемным каналам, в каждом из которых поступивший в него сигнал усиливают, детектируют, результат детектирования усиливают в логарифмическом видеоусилителе, измеряют мощность усиленных сигналов в канале с максимальным уровнем и в двух смежных с ним и по соотношению мощностей измеренных сигналов определяют направление на источник излучения, расчет направления ϕ_и на источник излучения ведут по формулам:

где β - модуль углового отклонения направления на пеленгуемый источник излучения от направления ϕ_N;

δ₁, δ₂, δ₃ - модули нормированных относительных (в децибелах) коэффициентов усиления антенны при угловых отклонениях направления прихода сигнала от ее фокальной оси Θ₀, и соответственно.

Совокупность вновь введенных действий над сигналами, характеризующими относительные уровни мощности сигналов в приемных каналах, не является самостоятельным способом и не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемый способ пеленгования следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - диаграмма направленности антенны;

на фиг.2 - диаграммы направленности трех смежных антенн;

на фиг.3 - зависимости от направления на источник излучения относительных уровней мощности в трех смежных приемных каналах;

на фиг.4 - зависимости расчетного относительного углового отклонения направления на источник излучения от фокальной оси антенны центрального канала от фактического для способа-прототипа и предлагаемого способа;

на фиг.5 - зависимости относительной методической погрешности измерения направления на источник излучения от относительного углового отклонения от фокальной оси антенны центрального канала направления на источник излучения для способа-прототипа и предлагаемого способа.

На чертеже приняты следующие обозначения.

ϕ' - аргумент диаграммы направленности антенны - отклонение направления прихода сигнала от ее фокальной оси;

F(ϕ') - диаграмма направленности антенны;

ϕ_0,5 - ширина диаграммы направленности антенны;

ϕ - возможное направление прихода сигнала;

N - номер приемного канала с максимальным уровнем принятого сигнала;

Θ₀ - угловой сдвиг между фокальными осями смежных антенн;

ϕ_N-1, ϕ_N, ϕ_N+1 - направления фокальных осей антенн (N-1)-го, N-го и (N+1)-го каналов соответственно;

F_N-1(ϕ), F_N(ϕ) и F_N+1(ϕ) - диаграммы направленности антенн (N-1)-го, N-го и (N+1)-го каналов соответственно;

А_N-1(ϕ), А_N(ϕ) и A_N+1(ϕ) - зависимости от направления ϕ относительного уровня мощности в (N-1)-ом, N-ом и (N+1)-ом каналах соответственно;

δ₁, δ₂ и δ₃ - модули нормированных относительных (в децибелах) коэффициентов усиления антенны при угловых отклонениях направления прихода сигнала от ее фокальной оси Θ₀, и соответственно;

Р - относительный, отсчитанный от уровня чувствительности в дБ, уровень мощности;

Р_m - максимально возможный относительный уровень мощности в N-ом приемном канале сигнала пеленгуемого источника (относительный уровень мощности в случае, если направление на источник излучения совпадает с ϕ_N;

P_N-1, P_N и P_N+1 - относительные, отсчитанные от уровня чувствительности в дБ, уровни мощности принятого сигнала в (N-1)-ом, N-ом и (N+1)-ом приемных каналах соответственно;

ϕ'_р - расчетное угловое отклонение направления прихода сигнала от ϕ_N;

Δ - методическая погрешность измерения направления на источник излучения.

Сущность предлагаемого способа пеленгования заключается в следующем.

Излучаемый пеленгуемым источником сигнал принимают М идентичными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности смежных антенн пересекаются на уровне не более трех децибел, а всех М антенн в сумме перекрывают сектор пеленгования 360°. На фиг.1 приведена типовая диаграмма направленности F(ϕ') антенны, аппроксимируемая уравнением

.

Ширина ϕ_0,5 диаграммы направленности антенны на фиг.1 принята равной 0,785 рад (45°).

На фиг.2 в качестве примера приведены диаграммы направленности F_N-1(ϕ), F_N(ϕ) и F_N+1(ϕ) трех смежных антенн, фокальные оси которых сдвинуты на величину Θ₀=0,8ϕ_0,5=36°. Для перекрытия сектора пеленгования 360° необходимо М=10 антенн. Фокальные оси смежных антенн, диаграммы направленности которых изображены на фиг.2, имеют направление ϕ_N-1, ϕ_N и ϕ_N+1 соответственно. Диаграммы направленности смежных антенн пересекаются на уровне 0,806, что соответствует примерно 2 дБ.

Принятые М=10 антеннами сигналы распределяют по М=10 идентичным приемным каналам, в каждом из которых поступивший в него сигнал усиливают, детектируют, результат детектирования усиливают логарифмическим видеоусилителем. По уровню сигнала с выхода логарифмического видеоусилителя судят о мощности сигнала в приемном канале. Определяют приемный канал, в котором уровень сигнала максимален, и два смежных с ним приемных канала, уровни сигналов в которых наиболее близки к максимальному. По соотношению уровней мощностей сигналов в этих каналах определяют направление на источник принятого сигнала.

На фиг.3 приведены графики зависимостей A_N-1(ϕ), А_N(ϕ) и A_N+1(ϕ) от направления ϕ относительных, отсчитанных от уровня чувствительности в дБ, уровней мощности сигналов в каждом из трех смежных приемных каналов, диаграммы направленности которых приведены на фиг.2. Зависимости A_N-1(ϕ), А_N(ϕ) и A_N+1(ϕ) получены путем расчета по формулам:

A_N-1(ϕ)=P_m+20lg F_N-1(ϕ-ϕ_N-1);

A_N(ϕ)=P_m+20lg F_N(ϕ-ϕ_N);

A_N+1(ϕ)=P_m+20lg F_N+1(ϕ-ϕ_N+l).

Максимально возможный относительный уровень Р_m мощности в N-ом приемном канале при расчетах принят равным 20 дБ.

Там же приведены конкретные относительные уровни мощности Р_N-1, P_N и P_N+1 в N-ом и смежных с ним приемных каналах для случая, когда направление ϕ_и на источник принятого сигнала находится в пределах между направлениями ϕ_N и ϕ_N+1 и сдвинуто относительно направления ϕ_N на величину ϕ'=β.

При известных уровнях P_N, P_N+1 и P_N-1 и известном направлении ϕ_N направление ϕ_и на источник излучения рассчитывают по формулам(2) и (3).

На фиг.4 приведены графики зависимостей расчетного относительного (отнесенного к величине углового сдвига Θ₀) отклонения направления на источник принятого сигнала от направления ϕ_N от фактического , полученные путем расчетов по формуле (1), используемой в способе-прототипе, для Р_m=20 дБ (сплошная линия) и для Р_m=50 дБ (штрихпунктирная линия). Там же приведен график этой зависимости, полученный путем расчетов по формулам (2) и (3), используемым в предлагаемом способе (штриховая линия), а также график этой зависимости в случае отсутствия методической погрешности расчета (тонкая сплошная линия). Из фиг.4 видно, что зависимость, соответствующая предлагаемому способу, существенно ближе к зависимости, соответствующей отсутствию погрешности, чем зависимости, соответствующие способу-прототипу.

На фиг.5 приведены графики зависимостей относительной (отнесенной к величине Θ₀) методической погрешности от величины относительного отклонения для способа-прототипа (сплошная и штрихпунктирная линии) и для предлагаемого способа (штриховая линия), полученные путем пересчета зависимостей, приведенных на фиг.4. Из фиг.5 видно, что в способе-прототипе методическая погрешность Δ весьма велика. В районе направлений прихода сигнала, соответствующих границе между главным и первым боковым лепестком диаграммы направленности антенны , для Р_m=20 дБ она составляет 90% углового сдвига Θ₀. В предлагаемом же способе эта погрешность не превышает 2% углового сдвига Θ₀.

Это позволяет сделать вывод, что точность измерения направления на источник радиоизлучения (точность пеленгования) в заявляемом способе существенно выше, чем в способе-прототипе.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым в предлагаемом способе, является повышение точности пеленгования.

Заявляемый способ достаточно легко реализуем.

Для приема пеленгуемого сигнала может быть использована кольцевая антенная решетка. Для его усиления могут быть использованы малошумящие усилители типа М421135 или INA, МСА фирмы Hewlett-Packard. Детектирование усиленного сигнала может быть реализовано по схеме двухтактного детектора на полупроводниковых диодах. Логарифмическое видеоусиление сигналов может быть реализовано на основе операционных усилителей AD8041, AD640 фирмы Analog Devices. Вычисления по формулам (2), (3) могут быть реализованы на основе аналого-цифровых преобразователей той же фирмы и программируемой логической интегральной схемы типа FLEX фирмы Altera.

Способ амплитудного пеленгования источников радиоизлучений, в котором излучаемый сигнал принимают М идентичными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты в плоскости пеленгования одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности смежных антенн пересекаются на уровне не более трех децибел, а всех М антенн в сумме перекрывают сектор пеленгования 360°, принятые сигналы распределяют по М идентичным приемным каналам, в каждом из которых поступивший в него сигнал усиливают, детектируют, результат детектирования усиливают в логарифмическом видеоусилителе, измеряют мощность усиленных сигналов в канале с максимальным уровнем и в двух смежных с ним и по соотношению мощностей измеренных сигналов определяют направление на источник излучения, отличающийся тем, что расчет направления ϕ_И на источник излучаемого сигнала осуществляют по формулам

где β - модуль углового отклонения направления на пеленгуемый источник излучения от фокальной оси антенны приемного канала с максимальным уровнем сигнала;

δ₁, δ₂, δ₃ - модуль нормированного относительного (в децибелах) коэффициента усиления антенны при угловых отклонениях направления прихода сигнала от ее фокальной оси Θ₀, и соответственно;

N - номер приемного канала с максимальным уровнем принятого сигнала;

p_n, p_n+1, p_n-1 - относительные отсчитанные от уровня чувствительности в дБ уровни мощности принятого сигнала в N-м приемном канале и в смежных с ним справа и слева соответственно;

ϕ_N - направление фокальной оси антенны N-го приемного канала.