Устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений
Владельцы патента RU 2378659:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигнала в системах радиотехнического контроля. Устройство содержит последовательно включенные первую приемную антенну, первый усилитель высокой частоты, первый делитель мощности, измеритель частоты и блок обработки результатов измерений и расчета пеленга, последовательно включенные вторую приемную антенну и второй усилитель высокой частоты, последовательно включенные третью приемную антенну, третий усилитель высокой частоты и первый измеритель разности фаз, второй вход которого соединен со вторым выходом делителя мощности, а выход - со вторым входом блока обработки результатов измерений и расчета пеленга, при этом фокальные оси приемных антенн параллельны и совпадают по направлению с направлением на центр сектора пеленгования, второй измеритель разности фаз, первый вход которого соединен с выходом второго УВЧ, второй - с третьим выходом делителя мощности, а выход - с третьим входом блока обработки результатов измерений и расчета пеленга, при этом блок обработки результатов измерений и расчета пеленга выполнен трехвходовым, а грубое значение Θг пеленга рассчитывается по формуле где λ - длина волны контролируемого сигнала; а - расстояние между фокальными центрами первой и второй приемных антенн; Δφ - разность фаз контролируемого сигнала на выходах этих антенн. Достигаемый технический результат изобретения - упрощение заявленного устройства и повышение его надежности. 2 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигнала в системах радиотехнического контроля.
Известно устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений, входящее в состав информационно-измерительной системы контроля источников радиоизлучений, описанное в статье Э.В.Чекрыгина и др. ”Информационно-измерительная система контроля источников радиоизлучений” [Вопросы специальной радиоэлектроники. Выпуск 1. - Москва - Таганрог. ТНИИС. - 2003]. Оно содержит М приемных антенн, М пеленгационных каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя высокой частоты (УВЧ), амплитудного детектора и логарифмического видеоусилителя, и блок обработки результатов измерения и управления.
Признаками этого аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются три приемные антенны, три УВЧ и блок обработки результатов измерения.
Недостатком этого устройства является низкая точность пеленгования, обусловленная амплитудным методом пеленгования и неидентичностью диаграмм направленности антенн.
Известно также устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений, входящее в состав корабельной станции радиотехнической разведки, защищенной свидетельством на полезную модель №29783, кл. G01S 3/28, Н04К 3/00, опубл. 2003 г. Оно содержит М≥4 приемных антенн, М УВЧ, входы которых соединены с выходами антенн, М делителей мощности, входы которых соединены с выходами УВЧ, М приемников, входы которых соединены с первыми выходами делителей мощности, измеритель частоты, М входов которого соединены со вторыми выходами делителей мощности, уточнитель пеленга и блок обработки результатов измерения и управления, первые М входов которого соединены с выходами приемников, (М+1)-й и (М+2)-ой входы - с первым и вторым выходами измерителя частоты, (М+3)-й вход - с выходом уточнителя пеленга, а выход - с управляющим входом уточнителя пеленга. При этом уточнитель пеленга содержит М пар дополнительных приемных антенн, два коммутатора, управляющие входы которых объединены и являются управляющим входом уточнителя, и интерферометр, выход которого является выходом уточнителя. Фокальные оси приемных антенн сдвинуты одна относительно другой таким образом, что их диаграммы направленности в сумме перекрывают сектор 180° левого (или правого) борта корабля.
Признаками этого аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, как и у вышеописанного аналога, являются три приемные антенны, три УВЧ и блок обработки результатов измерения.
В этом устройстве осуществляется уточнение результатов измерения направления на источник излучения за счет введения 2М дополнительных антенн, что делает устройство достаточно сложным и трудно реализуемым. Кроме того, точность пеленгования в нем остается недостаточно высокой, что обусловлено неидентичностью дополнительных антенн и отсутствием уточнения пеленга в направлениях ”корма-нос” корабля и противоположном ему.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений по патенту РФ №2316016, кл. G01S 3/28, 2005 г. Оно содержит последовательно включенные первую приемную антенну, первый УВЧ, первый делитель мощности, измеритель частоты и блок обработки результатов измерений для расчета пеленга и управления, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй УВЧ и второй делитель мощности, последовательно включенные третью приемную антенну, третий УВЧ и измеритель разности фаз, второй вход которого соединен со вторым выходом первого делителя мощности, а выход - со вторым входом блока обработки результатов измерений для расчета пеленга и управления, последовательно включенные первый перемножитель, первый вход которого соединен с третьим выходом первого делителя мощности, и первый фильтр низких частот, выход которого соединен с третьим входом блока обработки результатов измерений для расчета пеленга и управления, последовательно включенные второй перемножитель, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами второго делителя мощности, и второй фильтр низких частот, выход которого соединен с четвертым входом блока обработки результатов измерений для расчета пеленга и управления, и управляемый фазовращатель, сигнальный вход которого соединен с третьим выходом второго делителя мощности, управляющий вход - с выходом блока обработки результатов измерений для расчета пеленга и управления, а выход - со вторым входом первого перемножителя. При этом фокальные оси антенн параллельны и совпадают по направлению с направлением на центр сектора пеленгования.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются три приемные антенны, три УВЧ, делитель мощности, измеритель частоты, измеритель разности фаз и блок обработки результатов измерений и расчета пеленга.
Недостатком этого устройства является сложность и относительно низкая надежность, что обусловлено наличием в составе устройства перемножителей, фильтров низких частот, управляемого фазовращателя и достаточно сложного четырехвходового блока обработки результатов измерений, выполняющего как функцию расчета пеленга, так и функцию управления фазовращателем.
Задачей, на решение которой направлено создание изобретения, является упрощение устройства и повышение его надежности.
Для достижения технического результата в известное устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений, содержащее последовательно включенные первую приемную антенну, первый УВЧ, делитель мощности, измеритель частоты и блок обработки результатов измерений и расчета пеленга, последовательно включенные вторую приемную антенну и второй УВЧ, последовательно включенные третью приемную антенну, третий УВЧ и первый измеритель разности фаз, второй вход которого соединен со вторым выходом делителя мощности, а выход - со вторым входом блока обработки результатов измерений и расчета пеленга, при этом фокальные оси приемных антенн параллельны и совпадают по направлению с направлением на центр сектора пеленгования, введен второй измеритель разности фаз, первый вход которого соединен с выходом второго УВЧ, второй - с третьим выходом делителя мощности, а выход - с третьим входом блока обработки результатов измерений и расчета пеленга, при этом блок обработки результатов измерений и расчета пеленга выполнен трехвходовым, а грубое значение Θг пеленга рассчитывается по формуле
где λ - длина волны контролируемого сигнала;
а - расстояние между фокальными центрами первой и второй приемных антенн;
Δφ - разность фаз контролируемого сигнала на выходах этих антенн.
Совокупность вновь введенных измерителя разности фаз, связей, особенностей выполнения блока обработки результатов измерений и расчета пеленга и изменений алгоритма грубой оценки пеленга не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемое устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:
на фиг.1 - структурная схема предлагаемого устройства;
на фиг.2 - взаимное расположение источника контролируемого радиоизлучения и центров раскрыва антенн.
Устройство содержит идентичные приемные антенны 1, 2 и 3, идентичные УВЧ 4, 5 и 6, измерители 7 и 8 разности фаз, делитель 9 мощности, измеритель 10 частоты и блок 11 обработки результатов измерений и расчета пеленга.
Антенна 1, УВЧ 4 и измеритель 7 включены последовательно. Антенна 2, УВЧ 5, делитель 9 и измеритель 10 включены последовательно. Антенна 3, УВЧ 6 и измеритель 8 включены последовательно. Второй и третий выходы делителя 9 соединены со вторыми входами измерителей 8 и 7 соответственно. Первый, второй и третий входы блока 11 соединены с выходами измерителей 10, 8 и 7 соответственно.
Центры раскрыва антенн 1, 2 и 3 расположены на одной прямой, а фокальные оси параллельны одна другой и перпендикулярны этой прямой, их направление 2-O' совпадает с направлением оси симметрии сектора пеленгования (фиг.2). Пеленг Θ (направление на источник радиоизлучения) отсчитывается от направления 2-O' по часовой стрелке. Ширина диаграммы направленности каждой из антенн 1, 2 и 3 составляет 180°. Линейная база а между центрами раскрыва антенн 1 и 2 составляет величину порядка 0,25λmin, а линейная база b между центрами раскрыва антенн 2 и 3 составляет величину порядка 10λmin, где λmin - минимальная длина волны пеленгуемого сигнала.
В устройстве используется фазовый метод пеленгования, основанный на приеме пеленгуемого сигнала двумя антеннами с параллельными фокальными осями и разнесенными центрами раскрыва и последующем измерении разности фаз принятых сигналов. Известно (см., например, Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Сов. радио, 1984, с.6, 7), что в этом случае разность фаз Δφ принятых сигналов связана с пеленгом θ источника сигнала, его длиной λ волны и базой d между центрами раскрыва антенн соотношением
Устройство работает следующим образом.
Излучаемый радиосигнал, подлежащий контролю, принимается антеннами 1, 2 и 3 и усиливается усилителями 4, 5 и 6 соответственно. С выходов усилителя 5 усиленный сигнал поступает на вход делителя 9, который делит поступивший на его вход сигнал на три равные части, поступающие на его выходы.
Сигнал с первого выхода делителя 9 поступает на вход измерителя 10, сигнал с его второго выхода - на второй вход измерителя 8, а сигнал с его третьего выхода - на второй вход измерителя 7. На первые входы измерителей 7 и 8 поступают сигналы с выходов усилителей 4 и 6 соответственно.
Измеритель 10 осуществляет измерение частоты f контролируемого сигнала, и результат измерения поступает с его выхода на первый вход блока 11.
Измеритель 8 осуществляет измерение разности фаз Δφ1 сигналов на своих входах, и результат измерения с его выхода поступает на второй вход блока 11.
Аналогично измеритель 7 осуществляет измерение разности фаз Δφ сигналов на своих входах, и результат измерения с его выхода поступает на третий вход блока 11.
Блок 11 осуществляет преобразование поступающих на его входы сигналов в цифровую форму, пригодную для производства над ними математических операций (в принципе сигналы на входах измерителей 7, 8 и 10 могут быть аналоговыми или цифровыми, но не совпадающими по разрядности или типу кода с формой сигналов, используемой непосредственно в блоке 11). Кроме того, блок 11 производит над преобразованными сигналами ряд математических операций, о которых будет сказано ниже.
Поступившее на первый вход блока 11 значение частоты f используется для вычисления длины λ волны контролируемого сигнала. Расчет производится в блоке 11 по формуле
где с=3·108 м/с - скорость света.
Полученное значение λ вместе со значением Δφ разности фаз сигналов, принятых антеннами 1 и 2, используется для грубой оценки пеленга Θ. Грубое значение Θг пеленга с учетом уравнения (1) определяется путем вычисления в блоке 11 по формуле
Расчет по формуле (2) дает значение истинного пеленга Θ с большой погрешностью, обусловленной неидентичностью каналов формирования сигналов на входах измерителя 7 и погрешностью измерения разности фаз Δφ.
Для уточнения пеленга Θ используется измеряемая измерителем 8 разность фаз сигналов на выходах антенн 2 и 3, значение Δφ1 которой поступает с выхода измерителя 8 на второй вход блока 11.
Разность фаз Δφ1ф сигналов на выходах антенн 8 и 14 составит
Учитывая, что база b=10λmin она может значительно (в разы) превышать величину 2π. Измеритель 8 не реагирует на целую часть отношения Δφ1ф/2π, а измеряет только остаток от деления Δφ1ф на 2π. Фактическая Δφ1ф и измеренная Δφ1 разности фаз связаны соотношением
Δφ1ф=Δφ1+2π·n,
где n=0,±1,±2,…,±m, а m - целая часть отношения b/λ.
Поэтому уравнение (3) следует записать в виде
Уравнение (4) содержит неопределенность - одному значению измеренной разности Δφ фаз соответствуют 2m+1 значений пеленга Θ. Для разрешения этой неопределенности в блоке 11 рассчитываются в соответствии с уравнением (4) все эти значения, затем все они или часть их сравниваются со значением Θг, рассчитанным по формуле (2), и ближайшее к нему принимается в качестве результата пеленгования.
Заявляемое устройство радиотехнического контроля достаточно легко реализуемо.
В качестве антенн 1, 2 и 3 могут быть использованы щелевые антенны в экране ограниченных размеров (см., например, Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под ред. В.В.Дулина, М.С.Жука. - М.: Энергия. - 1977, с.528,529).
В качестве усилителей 4, 5 и 6 могут быть использованы серийно выпускаемые модули типа М421135.
В качестве измерителей 7 и 8 могут быть использованы фазовые детекторы типа ФИФК с аналоговыми выходами.
Делитель мощности 9 может быть выполнен на основе пассивных микросборок.
Измеритель 10 может быть выполнен на однорезонаторных направленных фильтрах с функциональной обработкой откликов выходных сигналов на программируемых логических интегральных схемах (см., например, Э.В.Чекрыгин и др. ”Информационно-измерительная система источников радиоизлучений”. Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР. - Москва-Таганрог, вып.1. - 2003, с.7…14).
В качестве блока 11 может служить ПЭВМ типа «Pentium», дополненная элементами сопряжения с измерителями 7, 8 и 10.
Технический результат от использования предлагаемого устройства радиотехнического контроля заключается в том, что оно проще прототипа, так как не содержит перемножителей, фильтров и управляемого фазовращателя. Блок обработки результатов измерений в заявляемом устройстве проще, чем в прототипе. Он имеет меньше входов, и в нем исключена функция управления. Большая простота устройства обеспечивает ему более высокую надежность. Ориентировочный расчет показывает, что наработка на отказ у заявляемого устройства примерно на 10% больше, чем у прототипа.
Устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений, содержащее последовательно включенные первую приемную антенну, усилитель высокой частоты, делитель мощности, измеритель частоты и блок обработки результатов измерений и расчета пеленга, последовательно включенные вторую приемную антенну и второй усилитель высокой частоты, последовательно включенные третью приемную антенну, третий усилитель высокой частоты и первый измеритель разности фаз, второй вход которого соединен со вторым выходом делителя мощности, а выход - со вторым входом блока обработки результатов измерений и расчета пеленга, при этом фокальные оси приемных антенн параллельны и совпадают по направлению с направлением на центр сектора пеленгования, отличающееся тем, что в него введен второе измеритель разности фаз, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, второй - с третьим выходом делителя мощности, а выход - с третьим входом блока обработки результатов измерений и расчета пеленга, в котором рассчитывается грубое значение θг реленга контролируемого источника радиоизлучений по формуле
где С - скорость света;
а - расстояние между фокальными центрами первой и второй приемных антенн;
Δφ - разность фаз контролируемого сигнала на выходах этих антенн,
при этом измеряемое первым измерителем разности фаз значение разности фаз контролируемого сигнала на выходах первой и третьей антенн используется для уточнения пеленга θг.
