Устройство пеленгования радиоизлучений
Владельцы патента RU 2420753:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (RU)
Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при решении задач, связанных с местоопределением источников радиоизлучений. Заявленное устройство содержит антенную систему в виде вертикальных антенн, расположенных в горизонтальной плоскости, коммутатор, двухканальное приемное устройство, цифровой фазометр, устройство измерения углов прихода радиоволны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, устройство определения сектора прихода радиоволны и регистрирующее устройство. Коммутатор поочередно подключает одну из пар антенн на входы двухканального приемного устройства. При помощи цифрового фазометра измеряется фазовый сдвиг напряжений электродвижущей силы (ЭДС), наводимых в антеннах. Вычисление угла прихода радиоволны в горизонтальной и вертикальной плоскостях производится, исходя из условия, что основания антенн в горизонтальной плоскости размещены в углах прямоугольного равнобедренного треугольника, одна из вершин которого ориентирована строго на север. Достигаемый технический результат - упрощение устройства, при однозначном пеленговании источников радиоизлучения. 3 ил.
Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при решении задач, связанных с местоопределением источников радиоизлучений.
Известны способ однозначного пеленгования источника радиосигнала и устройство для его осуществления, сущность которых заключается в том, что в устройстве используются четыре ненаправленные антенны, три из которых размещены по окружности, и одна - в центре, четыре радиоприемных блока, три измерителя разности фаз, блок коррекции разности фаз, компаратор и блок вычисления пеленга [1].
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, обусловленная необходимостью использовать четыре антенны, четыре радиоприемных блока, три измерителя фазы.
Известен способ однозначного пеленгования источника радиосигнала, включающий прием радиосигнала с помощью четырех идентичных ненаправленных антенн, расположенных в плоскости пеленгования в вершинах квадрата, причем положение первой, второй, третьей и четвертой антенн ориентировано относительно опорного направления [2].
Недостатком способа является необходимость наличия четырех антенн, не решен вопрос однозначного определения пеленга.
Целью изобретения является создание простого по конструкции устройства пеленгования радиоизлучений, обеспечивающего однозначное пеленгование источников радиоизлучения.
Для достижения цели решается задача - создание мобильного фазового радиопеленгатора с простой антенно-фидерной системой (АФС), позволяющего одновременно определять направление прихода радиоволн в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Предлагаемое устройство состоит из трех вертикальных антенн 1, 2 и 3, коммутатора (КОМ) 4, двухканального радиоприемного устройства (ДКПУ) 5, измерителя 6 фазы, устройства 7 определения сектора прихода радиоволны, устройства 8 измерения углов прихода радиоволны в вертикальной и горизонтальной плоскостях и регистрирующего устройства 9.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 представлена структурная схема устройства пеленгования радиоизлучений;
- фиг.2 - схема размещения трехмачтовой антенной системы на горизонтальной плоскости;
- фиг.3 - схема пространственного прохождения фронта электромагнитной волны через антенную систему;
Сущность изобретения заключается в том, что вместо круговой АФС [1] предлагается антенная система, состоящая из трех вертикальных антенн, основания которых расположены в вершинах прямоугольного равнобедренного треугольника (фиг.2), один из катетов которого ориентирован строго на север.
На фиг.3 представлено пространственное расположение антенной системы, где антенны размещены в вершинах треугольника АВС: антенна 1 - в точке В, антенна 2 в точке С, антенна 3 в точке А (катеты АВ и ВС равны а; угол АВС - прямой). Движущийся фронт электромагнитной волны первоначально пересекает антенну в точке А, затем - антенну в точке С.
Направления прихода электромагнитной волны обозначены следующим образом: угол α - угол между направлением прихода электромагнитной волны в горизонтальной плоскости и стороной ВА; угол β - направление прихода электромагнитной волны в вертикальной плоскости; угол θ - направление прихода электромагнитной волны в горизонтальной плоскости.
Линии и плоскости на фиг.3 имеют следующий физический и геометрический смысл:
gl - линия соответствует линии равных фаз фронта электромагнитной волны в момент пресечения электромагнитной волной антенны 3 (точка А);
hj - линия соответствует линии равных фаз фронта электромагнитной волны в момент пресечения электромагнитной волной антенны 2 (точка С);
kr - линия соответствует линии равных фаз фронта электромагнитной волны в момент пресечения электромагнитной волной антенны 1 (точка В);
Bs - отрезок линии, соответствующий направлению прихода электромагнитной волны в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
плоскость Е - плоскость, проходящая через линии gl, hj и точку В.
Элементы построения на фиг.3 имеют следующий геометрический смысл:
точка F - проекция точки D пересечения линии gl и отрезка линии Bs на горизонтальную плоскость;
точка М - проекция точки N пересечения линии hj и отрезка линии Bs на горизонтальную плоскость;
BF - основание (катет) прямоугольного треугольника BFD;
BD - гипотенуза прямоугольного треугольника BFD;
ВМ - основание (катет) прямоугольного треугольника BMN;
BN - гипотенуза прямоугольного треугольника BMN;
Углы α и β определяются следующими выражениями:
BF=BD cos β;
ВМ=BN cos β;
BF=a cos α; ВМ=a cos (90°-α); ВМ=a sin α;
BD cos β=a cos α; BN cos β=a sin α;
BD=a cos α/ cos β; BN=a sin α/cos β;
cos β=a cos α/ BD; cos β=a sin α/ BN; tg α=BN/BD;
BD=Δφ1λ/360°; BN=Δφ2λ/360°;
cos β=a cos α/BD=12 a f cos α/107 Δφ1;
где Δφ1 - модуль фазового сдвига электромагнитной волны в точках В и А;
λ - длина электромагнитной волны, м.
Δφ2 - модуль фазового сдвига электромагнитной волны в точках В и С;
f - частота несущего колебания электромагнитной волны, Гц.
Разрешение неоднозначности при определении направления на источник излучения осуществляется путем сравнения фаз ЭДС сигналов, наводимых в антеннах 1, 2, 3 (фиг.1), исходя из условия:
где ΔU1, ΔU2, ΔU3 - ЭДС, наводимая в антеннах 1, 2 и 3 соответственно.
При решении задачи определения сектора прихода электромагнитной волны в соответствии с условиями (3, 4) для однозначности решения необходимо обе сравниваемые фазы уменьшать на величину первой фазы, т.е. первая фаза приводится к 0°, вторая уменьшается на величину первой фазы. Например: для I-го сектора фаза ΔU1 равна 135°, а - фаза ΔU3 равна 5°, после приведения фаз имеем: фаза ΔU1 равна 0°, а - фаза ΔU3 равна 230°. Видно, что ΔU1 опережает по фазе ΔU3.
Условие (4) определяет частные случаи, когда электромагнитная волна приходит с направлений W (I или IV сектор); О (II или III сектор); S (IV или III сектор); N (I или II сектор). Для частных случаев при вычислении угла α по формуле (1) следует учитывать, что когда Δφ1 равен 0°, tg α - не определен, т.е. угол α равен 90°.
Определение угла θ производится из условия:
Схема работает следующим образом.
Работой устройства радиопеленгования управляет тактовый генератор устройства 7 определения сектора прихода радиоволны, который вырабатывает тактовые импульсы сигнала управления (Uупр).
Сигнал Uупр, вырабатываемый устройством 7 определения сектора прихода радиоволны, поступает в КОМ 4, который поочередно подключает на два входа ДКПУ 5 пары антенн 1-2 по первому тактовому импульсу и 1-3 по второму импульсу и т.д. Напряжение ЭДС ΔU1, ΔU2, ΔU3, наводимое в антеннах соответственно 1, 2 и 3, в ДКПУ 5 селектируется по частоте и преобразуется в низкочастотные сигналы U1, U2, U3. В качестве ДКПУ может быть использовано любое двухканальное радиоприемное устройство с высокой идентичностью каналов соответствующего диапазона (например, «Р-384»).
С выходов ДКПУ 5 низкочастотный сигнал поступает на два входа измерителя 6 фазы, в качестве которого используется цифровой фазометр, обеспечивающий точность измерения до 0,1°.
Измеренные значения Δφ1 и Δφ2 поступают на два входа устройства 7 определения сектора прихода радиоволны, где определяется номер сектора в соответствии с условиями (3, 4) (фиг.1). Устройство определения сектора прихода радиоволны представляет собой универсальный программируемый контроллер.
Значения номера сектора и Δφ1, Δφ2 поступают на соответствующие три входа в устройства 8 измерения углов прихода радиоволны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, где углы α, β, θ вычисляются в соответствии с формулами (1), (2) и условием (5). Устройство 8 является универсальным программируемым контроллером.
Результаты вычисления углов α, β, θ регистрируются в памяти регистрирующего устройства 9 - ЭВМ, выводятся на дисплей, могут быть распечатаны на принтере.
Точность определения направления прихода электромагнитной волны в горизонтальной и вертикальной плоскостях будет определяться главным образом точностью устройства пеленгования, которая определяется ошибкой фазометра. Расчеты показывают, что при такой точности ошибка пеленгования δα,β не превышает 0,5°, что превосходит в несколько раз точность используемых в настоящее время пеленгаторов (δα,β не больше 1,5°).
При размещении на местности АФС необходимо учитывать диапазон частот, в котором производится радиопеленгование. Так, для диапазона частот 1,5…20 МГц величина стороны катета треугольника АВС (фиг.3) не должна превышать 15 метров, что обеспечит однозначность измерения фазы в указанном диапазоне частот.
Таким образом, предлагаемое устройство пеленгования радиоизлучений значительно упрощает конструкцию антенно-фидерной системы, при этом обеспечивает однозначное пеленгование источников радиоизлучения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Пат. 2185636, МКИ 7 G01S 3/100, G01S 3/808. Способ однозначного пеленгования источника радиосигнала и устройство для его осуществления. / Ю.Н.Богданов, А.Д.Виноградов (Российская Федерация). - №2000133152/09; Заявл. 28.12.2000; Опубл. 20.07.2002, Приоритет 28.12.2002. - 6 с.: ил.
2. Белавин О.Б., Зерова М.В. Современные средства радионавигации. - М.: Сов. радио, 1965, с.48-53.
Устройство пеленгования радиоизлучений, содержащее антенную систему в виде вертикальных антенн, расположенных на горизонтальной плоскости в вершинах треугольника, двухканальное радиоприемное устройство, измеритель фазы, устройство вычисления углов прихода радиоволны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, отличающееся тем, что антенны размещены в вершинах прямоугольного треугольника, причем устройство дополнительно снабжено коммутатором, устройством определения сектора прихода радиоволны и регистрирующим устройством, при этом коммутатор поочередно подключает на входы двухканального приемного устройства пары антенн - первую и вторую и первую и третью, в двухканальном приемном устройстве напряжение, наводимое в антеннах, селектируется по частоте и преобразуется в низкочастотные сигналы, с выхода двухканального приемного устройства сигналы поступают на вход измерителя фазы, измеренные значения фазы Δφ1 и Δφ2 поступают в устройство определения сектора прихода радиоволны, где определяется номер сектора, значения номеров секторов и значения фазы Δφ1 и Δφ2 поступают в устройство вычисления углов прихода радиоволны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, результаты вычисления углов регистрируются в памяти регистрирующего устройства, кроме того, сигнал, вырабатываемый устройством определения сектора прихода радиоволны, поступает в коммутатор.
