Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления



Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления
Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2521959:

Закрытое акционерное общество "ИРКОС" (RU)

Изобретение относится к радиопеленгации. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгования и упрощение конструкции радиопеленгатора. Указанный технический результат достигается тем, что способ включает прием радиосигнала с помощью M антенн, выполненных идентичными и направленными, образующих эквидистантную кольцевую антенную решетку, причем используют количество M антенн, выбираемое по формуле M=4l+2, где l=1, 2, 3, … - целые положительные числа, не равные нулю. Кроме того, антенны выполняют с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки. Производят измерение амплитуд Um сигналов, оценивают азимут θ источника радиосигнала. Радиопеленгатор содержит M антенн, радиоприемный блок, вычислитель азимута и генератор синхроимпульсов. Вычислитель азимута θ выполнен с возможностью обеспечения вычислений функции вида

θ = a r c t g m = 1 M U m sin α m m = 1 M U m cos α m ,

где Um - амплитуда сигнала, принятого m-й антенной; αm - угол между осевой линией m-й антенны и осевой линией антенной решетки; m=1, 2, …, M. 2 н.п. ф-лы, 22 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано в системах обнаружения и определения местоположения источников радиоизлучения.

Известен амплитудный способ радиопеленгования, заключающийся в том, что принимают радиосигнал с помощью M антенн, идентичных, направленных, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем количество M антенн выбрано не менее трех, осевые линии (фокальные оси) антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, 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° (2π радиан), измеряют амплитуды сигналов, принятых антеннами антенной решетки, выбирают порядковый номер антенны с максимальной амплитудой принятого сигнала и определяют в пределах от 0 до 2π радиан азимут источника радиосигнала путем сравнения максимальной амплитуды сигнала и амплитуд сигналов, принятых двумя антеннами, являющимися соседними относительно антенны с выбранным порядковым номером, с учетом угловой ориентации в плоскости пеленгования осевой линии антенны с максимальной амплитудой принятого сигнала и априорной информации о форме главного лепестка диаграмм направленности антенн [Патент Российской Федерации RU №2319975, G01S 5/04, опубл. 2008 г.].

Необходимо отметить, что вышеупомянутое эквидистантное размещение осевых линий (фокальных осей) M антенн антенной решетки в плоскости пеленгования с угловым шагом ΔαM, зависящим от ширины диаграмм направленности антенн по уровню три децибела, может быть охарактеризовано в виде размещения осевых линий (фокальных осей) антенн, проходящих через центр антенной решетки, ориентированных относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле

где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки, причем за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки; ΔαM - угол между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки, определяемый по формуле

причем количество М антенн, не меньшее трех, выбирают таким образом, что угол ΔαM между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки не превышает ширину главного лепестка диаграмм направленности антенн по уровню минус три децибела.

Ограничением известного амплитудного способа радиопеленгования являются низкая точность пеленгования из-за наличия методических ошибок пеленгования, обусловленных погрешностями аппроксимации в широком диапазоне длин волн (частот) формы главного лепестка диаграмм направленности антенн и искажениями формы главного лепестка диаграммы направленности антенн из-за взаимного влияния антенн в составе антенной решетки.

Известен также радиопеленгатор, содержащий M антенн, где M≥3, выполненных идентичными, направленными с кардиоидными диаграммами направленности, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями максимумов их диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки, проходят через центр антенной решетки и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле (1), радиоприемный блок, выполненный M-канальным с идентичными каналами и возможностью измерения амплитуд Um сигналов в каждом канале, вычислитель азимута, выполненный с возможностью определения в пределах от 0 до 2π радиан азимута источника радиосигнала по измеренным значениям амплитуд сигналов в каждом канале, и генератор синхроимпульсов, синхронизирующий работу радиоприемного блока и вычислителя азимута [Патент Австралии №409960, G01S 5/57, опубл. 1971 г.].

Ограничением этого радиопеленгатора являются невысокая точность, низкая чувствительность пеленгования и ограниченный рабочий диапазон, обусловленные, во-первых, наличием методических ошибок пеленгования из-за искажений формы кардиодных диаграмм направленности антенн, связанных с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, во-вторых, небольшим коэффициентом направленного действия антенн с кардиодной диаграммой направленности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является амплитудный способ радиопеленгования, заключающийся в том, что принимают радиосигнал с помощью М антенн, где M≥3, идентичных, направленных с кардиоидными диаграммами направленности, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки, проходят через центр антенной решетки и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле

где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки, а за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки, измеряют амплитуды Um сигналов, принятых m-ми антеннами антенной решетки, и определяют в пределах от 0 до 2π радиан азимут источника радиосигнала, характеризуемый как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией антенной решетки и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования, по формуле

[Козьмин В.А., Уфаев В.А. Алгоритмы и характеристики точности амплитудного пеленгования. - Антенны, 2010, №5(156), с.55-60].

Ограничениями наиболее близкого аналога амплитудного способа радиопеленгования являются низкие точность и чувствительность пеленгования, обусловленные, во-первых, наличием методических ошибок пеленгования из-за искажений формы кардиодных диаграмм направленности антенн, связанных с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, во-вторых, небольшим коэффициентом направленного действия антенн с кардиодной диаграммой направленности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному радиопеленгатору является радиопеленгатор, содержащий M антенн, выполненных идентичными, направленными, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки, проходят через центр антенной решетки и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле

где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки, причем за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки, а количество М антенн выбрано не меньшим трех и обеспечивающем угол между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки, не превышающий ширину главного лепестка диаграмм направленности антенн по уровню минус три децибела, радиоприемный блок, выполненный M-канальным с идентичными каналами и возможностью измерения амплитуд Um сигналов в каждом канале, вычислитель азимута, выполненный с возможностью выбора по измеренным значениям амплитуд Um сигналов в каждом канале порядкового номера антенны с максимальной амплитудой принятого сигнала и определения в пределах от 0 до 2π радиан азимута источника радиосигнала путем сравнения максимальной амплитуды сигнала и амплитуд сигналов, принятых двумя антеннами, являющимися соседними относительно антенны с выбранным порядковым номером, с учетом угловой ориентации в плоскости пеленгования осевой линии антенны с максимальной амплитудой принятого сигнала и априорной информации о форме главного лепестка диаграмм направленности антенн, и генератор синхроимпульсов, синхронизирующий работу радиоприемного блока и вычислителя азимута, причем выход генератора синхроимпульсов соединен с синхровходами радиоприемного блока и вычислителя азимута, входы каналов радиоприемного блока соединены с выходами соответствующих антенн, а выходы каналов радиоприемного блока соединены с соответствующими входами вычислителя азимута, выход которого служит выходной шиной радиопеленгатора для формирования значения азимута θ источника радиосигнала, характеризуемого как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией антенной решетки и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования. Устройство этого радиопеленгатора по существу изложено в описании в указанном ранее патенте Российской Федерации RU №2319975. (Мобильный пеленгатор АРК-МП-1 (АРТИКУЛ-М1) http://ircos.ru/ru/mbl_mpl.html).

Ограничением наиболее близкого аналога радиопеленгатора является низкая точность пеленгования в широком диапазоне длин волн (частот) из-за наличия методических ошибок пеленгования, обусловленных погрешностями аппроксимации в широком диапазоне длин волн (частот) формы главного лепестка диаграмм направленности антенн и искажениями формы главного лепестка диаграмм направленности антенн, возникающими из-за взаимного влияния антенн в составе антенной решетки. Кроме того, дополнительным ограничением наиболее близкого аналога является сложность реализации, обусловленная необходимостью формирования расчетным или экспериментальным путем данных о форме главного лепестка диаграмм направленности антенн.

В целом указанные ограничения приводят к снижению качества пеленгации и ограничению области применения радиопеленгатора.

Решаемая изобретением задача - повышение качества пеленгации и расширение арсенала технических средств для пеленгации источников радиоизлучения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа, - повышение точности пеленгования за счет уменьшения методических ошибок пеленгования, обусловленных искажениями формы диаграмм направленности антенн, связанными с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, и повышение чувствительности пеленгования за счет обеспечения возможности использования направленных антенн с увеличенным коэффициентом направленного действия.

Технический результат, который может быть получен при выполнении радиопеленгатора, - повышение точности пеленгования в широком рабочем диапазоне длин волн за счет уменьшения методических ошибок пеленгования, обусловленных искажениями формы диаграмм направленности антенн, связанными с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, и упрощение устройства за счет исключения необходимости использования априорной информации о форме главного лепестка диаграмм направленности антенн.

Поставленная задача решается тем, что в амплитудном способе радиопеленгования, заключающемся в том, что принимают радиосигнал с помощью M антенн, идентичных, направленных, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки, проходят через центр антенной решетки и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле

где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки, а за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки,

измеряют амплитуды Um сигналов, принятых m-ми антеннами антенной решетки, и

определяют в пределах от 0 до 2π радиан азимут источника радиосигнала, характеризуемый как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией антенной решетки и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования, по формуле

согласно изобретению

используют количество M антенн, выбираемое по формуле

где l=1, 2, 3, … - целые положительные числа, не равные нулю, а антенны выполняют с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки.

Поставленная задача решается также тем, что в радиопеленгаторе, содержащем M антенн, выполненных идентичными, направленными, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки, проходят через центр антенной решетки и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле

где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки, причем за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки, а антенны выполнены с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки, радиоприемный блок, выполненный M-канальным с идентичными каналами и возможностью измерения амплитуд Um сигналов в каждом канале, вычислитель азимута, выполненный с возможностью определения в пределах от 0 до 2π радиан азимута источника радиосигнала по измеренным значениям амплитуд Um сигналов в каждом канале, и генератор синхроимпульсов, синхронизирующий работу радиоприемного блока и вычислителя азимута, причем выход генератора синхроимпульсов соединен с синхровходами радиоприемного блока и вычислителя азимута, входы каналов радиоприемного блока соединены с выходами соответствующих антенн, а выходы каналов радиоприемного блока соединены с соответствующими входами вычислителя азимута, выход которого служит выходной шиной радиопеленгатора для формирования значения азимута источника радиосигнала, характеризуемого как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией антенной решетки и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования,

согласно изобретению

использовано количество M антенн, выбираемое по формуле

где l=1, 2, 3, … - целые положительные числа, не равные нулю, а вычислитель азимута выполнен с возможностью обеспечения вычислений функции вида

Решение поставленной задачи с достижением технического результата обусловлено следующим.

В заявленном способе радиопеленгования, в отличие от наиболее близкого аналога, за счет выбора четного количества M антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки в соответствии с соотношением (8) обеспечивается возможность формирования нечетного количества N пар направленных антенн, где , осевые линии которых ориентированы в противоположных направлениях, а разностные диаграммы направленности, получаемые в соответствии с соотношениями, приведенными в числителе и знаменателе формулы (7), характеризуются симметричной в азимутальной плоскости косинусной формой с глубиной минимумов, не зависящей от параметров искажений диаграмм направленности антенн, обусловленных частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн. При этом совокупность N вышеупомянутых разностных диаграмм направленности пар антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки образуют группу симметрии нечетного порядка, что при выполнении антенн, в отличие от наиболее близкого аналога амплитудного способа радиопеленгования, с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки, обеспечивает, во-первых, уменьшение методических ошибок пеленгования с использованием соотношения (7), обусловленных отличием формы диаграмм направленности антенн от кардиоидной формы, во-вторых, повышение чувствительности пеленгования за счет обеспечения возможности использования направленных антенн с увеличенным относительно направленных антенн с кардиоидной диаграммой направленности коэффициентом направленного действия.

Для реализации предложенного амплитудного способа радиопеленгования, в отличие от наиболее близкого аналога радиопеленгатора, количество M антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки выбирают четным в соответствии с соотношением (10), за счет чего обеспечивается возможность формирования нечетного количества N пар направленных антенн, где , осевые линии которых ориентированы в противоположных направлениях, и формирования с их использованием разностных диаграмм направленности, характеризуемых симметричной в азимутальной плоскости косинусной формой с глубиной минимумов, не зависящей от параметров искажений диаграмм направленности антенн, обусловленных частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн. При этом, в отличие от наиболее близкого аналога радиопеленгатора, вычислитель азимута выполняют с возможностью обеспечения вычислений функции вида (11), позволяющей сформировать совокупность N вышеупомянутых разностных диаграмм направленности пар антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки, образующих группу симметрии нечетного порядка, что в условиях априорной неопределенности формы главного лепестка диаграмм направленности антенн обеспечивает, во-первых, уменьшение в широком диапазоне длин волн (частот) методических ошибок пеленгования с использованием соотношения (11), обусловленных отличием формы главного лепестка диаграммы направленности антенн от косинусоидальной, во-вторых, упрощение реализации радиопеленгатора. Кроме того, за счет выбора количества М антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки четным в соответствии с соотношением (10), направления минимумов разностных диаграмм направленности пар антенн, осевые линии которых ориентированы в противоположных направлениях, совпадают с равносигнальными направлениями соседних антенн антенной решетки, что обеспечивает уменьшение зависимости глубины минимумов разностных диаграмм направленности пар антенн от погрешностей конструкции антенной решетки и, соответственно, упрощает реализацию радиопеленгатора с малыми методическими ошибками пеленгования.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображена схема расположения осевых линий и диаграмм направленности антенн шестиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки в плоскости пеленгования, поясняющая сущность заявленного амплитудного способа радиопеленгования и радиопеленгатора для его осуществления;

фиг.2 - функциональная схема заявленного радиопеленгатора;

фиг.3 - блок-схема вычислительного алгоритма варианта реализации вычислителя азимута;

фиг.4 - модель шестиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки из направленных логопериодических вибраторных антенн в прямоугольной системе координат;

фиг.5 - нормированная диаграмма направленности одиночной направленной логопериодической вибраторной антенны, на максимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.6 - то же, что на фиг.5, на среднегеометрической длине волны рабочего диапазона;

фиг.7 - то же, что на фиг.5, на минимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.8 - нормированная диаграмма направленности направленной логопериодической вибраторной антенны, находящейся в составе шестиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки, на максимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.9 - то же, что на фиг.8 на среднегеометрической длине волны рабочего диапазона;

фиг.10 - то же, что на фиг.8, на минимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.11 - нормированная диаграмма направленности направленной логопериодической вибраторной антенны, находящейся в составе десятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки, на максимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.12 - то же, что на фиг.11, на среднегеометрической длине волны рабочего диапазона;

фиг.13 - то же, что на фиг.11, на минимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.14 - нормированная разностная диаграмма направленности пары направленных логопериодических вибраторных антенн, осевые линии которых ориентированы в противоположных направлениях, находящихся в составе шестиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки, на максимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.15 - то же, что на фиг.14, на среднегеометрической длине волны рабочего диапазона;

фиг.16 - то же, что на фиг.14, на минимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.17 - нормированная разностная диаграмма направленности пары направленных логопериодических вибраторных антенн, осевые линии которых ориентированы в противоположных направлениях, находящихся в составе десятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки, на максимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.18 - то же, что на фиг.17, на среднегеометрической длине волны рабочего диапазона;

фиг.19 - то же, что на фиг.17, на минимальной длине волны рабочего диапазона;

фиг.20 - график азимутальной зависимости методической ошибки АО пеленгования радиопеленгатора с десятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки из направленных логопериодических вибраторных антенн на максимальной длине волны рабочего диапазона логопериодических вибраторных антенн;

фиг.21 - то же, что на фиг.20, на среднегеометрической длине волны рабочего диапазона логопериодических вибраторных антенн;

фиг.22 - то же, что на фиг.20, на минимальной длине волны рабочего диапазона логопериодических вибраторных антенн.

Для пояснения физической сущности заявленных амплитудного способа радиопеленгования и радиопеленгатора на фиг.1 представлена схема расположения в плоскости пеленгования осевых линий OA1, OA2, OA3, OA4, OA5, OA6 и диаграмм направленности (пунктирные линии) антенн шестиэлементной (M=6) эквидистантной кольцевой антенной решетки, центра O антенной решетки, находящегося в плоскости пеленгования, осевой линии OL антенной решетки, проходящей через центр O антенной решетки и совпадающей с осевой линией OA1 антенны антенной решетки, принятой за первую антенну, и равносигнального направления OB - линии, проходящей через центр O антенной решетки и точку пересечения главных лепестков диаграмм наравленности соседних антенн. На фиг.1 также показаны направление вектора распространения электромагнитной волны пеленгуемого источника радиоизлучения P, характеризуемого углом θ (азимутом), отсчитываемым в пределах от 0 до 2π радиан по часовой стрелке между осевой линией OL антенной решетки и направлением OP на источник радиоизлучения. На фиг.1, кроме того, обозначено: α1=0° - угол между совпадающими осевой линией OA1 первой антенны и осевой линией OL антенной решетки; α2 - угол между осевой линией OA 2 второй антенны и осевой линией OL антенной решетки; Δα6 - угол между осевыми линиями соседних антенн шестиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки; 2Δθ0,7 - ширина главного лепестка диаграмм направленности антенн по уровню минус три децибела (по уровню 0,707 относительно максимума диаграммы направленности по полю).

Заявленный амплитудный способ радиопеленгования осуществляется следующим образом (фиг.1).

Под воздействием электромагнитного поля радиосигнала, излучаемого источником радиоизлучения, характеризуемого амплитудой E и фазой φ0 в центре O эквидистантной кольцевой антенной решетки, а также - направлением вектора распространения электромагнитной волны, характеризуемым азимутом θ, на выходах M антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки с количеством M антенн, выбранным удовлетворяющим соотношению (8), и антеннами, выполненными идентичными направленными с шириной 2Δθ0,7 главного лепестка диаграмм направленности по уровню минус три децибела (по уровню 0,707 относительно максимума диаграммы направленности по полю), не меньшей угла ΔαM между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки, определяемого соотношением (2), формируются сигналы , которые без учета составляющих радиосигналов, обусловленных внутренними шумами каналов радиоприемного устройства радиопеленгатора, описываются соотношениями

где Um=h(λ)dm(θ, λ)E - амплитуда сигнала, принятого m-ой антенной антенной решетки, m=1, 2, …, M; dm(θ, λ) - нормированная диаграмма направленности (по полю) m-ой антенны; ψm (θ, λ) - фазовая диаграмма m-ой антенны; t - время; i - мнимая единица; - круговая частота радиосигнала (c=3·108 ì/n - скорость света); λ - длина волны радиосигнала; h(λ) - эффективная действующая длина идентичных антенн антенной решетки, определяемая в случае согласования антенн с радиоприемным каналом, имеющим входное сопротивление 50 Ом, по формуле

где - эффективная действующая длина полуволнового симметричного вибратора в режиме идеального согласования с радиоприемным каналом, имеющим входное сопротивление 50 Ом; Gλ/2 - коэффициент усиления идентичных направленных антенн относительно полуволнового симметричного вибратора.

Нормированная диаграмма направленности dm(θ, λ) типовых широко диапазонных направленных антенн в широком диапазоне изменения длин волн λ при выборе соответствующих значений параметров направленной антенны может быть аппроксимирована косинусной зависимостью от азимута θ главного лепестка диаграммы направленности по полю в соответствии с соотношением

где η - уровень боковых лепестков диаграммы направленности направленной антенны, удовлетворяющий соотношению η<<1.

При этом ширина 2Δθ0,7 главного лепестка диаграммы направленности (по уровню минус три децибела) типовой широкодиапазонной направленной антенны с косинусной зависимостью от азимута в главного лепестка диаграммы направленности по полю, равная 90°, превышает максимально возможное значение угла ΔαM между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки, которое с учетом (2) равно 60° при минимально возможном количестве M антенн, выбираемом по формуле (8) и равном шести, то есть (фиг.1).

За счет выбора в соответствии с соотношением (8) количества М антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки четным обеспечивается возможность формирования нечетного количества N пар направленных n-й и (n+N)-й антенн, осевые линии которых ориентированы в противоположных направлениях, причем осевые линии n-й и (n+N)-й антенн, совпадающие с направлениями главных лепестков их диаграмм направленности, расположены в азимутальной плоскости в направлениях, проходящих через центр O эквидистантной кольцевой антенной решетки, ориентированных относительно осевой линии OL эквидистантной кольцевой антенной решетки под углами αn и αn+N α соответственно, определяемыми соотношениями

где n=1, 2, …, N - порядковый номер пеленгационной пары антенн; где

По измеренным значениям N пар амплитуд Un и Un+N сигналов, принятых вышеупомянутыми соответствующими парами n-й и (n+N)-й антенн, формируются N разностных сигналов Rn в виде

которые соответствуют разностным диаграммам направленности пар n-й и (n+N)-й антенн, характеризуются в круговом азимутальном секторе однозначными косинусными зависимостями от азимута θ и, с учетом (6), (8), (12)-(16), описываются следующими приближенными соотношениями:

где n=1, 2, …, N;

Путем весового суммирования N разностных сигналов Rn, соответствующих косинусным разностным диаграммам направленности n-й и (n+N)-й антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки, могут быть получены усредненные разностные сигналы S и C, соответствующие усредненным синусной и косинусной диаграммам направленности эквидистантной кольцевой антенной решетки в виде следующих соотношений:

Так как с учетом (6), (15)-(17) выполняются следующие соотношения

то из соотношений (19)-(22) следует формула (7) для получения в пределах от 0 до 2π радиан однозначной оценки азимута источника радиоизлучения с использованием измеренных значений амплитуд Um сигналов

В случае выполнения антенн М-элементной эквидистантной кольцевой антенной решетки с более высоким коэффициентом направленного действия и, соответственно, с меньшей шириной 2Δθ0,7 главного лепестка диаграммы направленности, по сравнению с направленными антеннами с кардиоидной зависимостью от азимута в диаграммы направленности, для осуществления предложенного амплитудного способа радиопеленгования с малыми методическими ошибками пеленгования количество М антенн увеличивают и выбирают удовлетворяющим формуле (8), определяющей возрастающий ряд количества М антенн антенной решетки (M=6; M=10; M=14 и так далее), и соотношению

Радиопеленгатор, реализующий предложенный амплитудный способ радиопеленгования (фиг.2) содержит М антенн 1.1, 1.2, 1М (идентичные, направленные), образующих в плоскости пеленгования антенную решетку 1 - кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки 1, проходят через центр антенной решетки 1 и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки 1, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки 1, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле , где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки 1, причем за первый порядковый номер антенны антенной решетки 1 принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки 1, а антенны 1.1, 1.2, 1.M выполнены с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки 1. Устройство, кроме того, имеет радиоприемный блок 2, выполненный M-канальным с идентичными каналами и возможностью измерения амплитуд Um сигналов в каждом канале, вычислитель азимута 3, выполненный с возможностью определения в пределах от 0 до 2π радиан азимута источника радиосигнала по измеренным значениям амплитуд Um сигналов в каждом канале и априорно заданным параметрам вычислений αm, и генератор синхроимпульсов 4, синхронизирующий работу радиоприемного блока 2 и вычислителя азимута 3. При этом выходы антенн 1.1, 1.2, 1.M подсоединены к входам соответствующих каналов радиоприемного блока 2. Выходы каналов радиоприемного блока 2 подсоединены к соответствующим входам вычислителя азимута 3. Выход генератора синхроимпульсов 4 подсоединен к синхровходам радиоприемного блока 2 и вычислителя азимута 3. Выход вычислителя азимута служит выходной шиной радиопеленгатора для формирования значения азимута θ источника радиосигнала. Кроме того, количество M антенн антенной решетки 1 и, соответственно, каналов M-канального радиоприемного блока 2 выбирают из формулы (10), которая определяет возрастающий ряд количества M антенн антенной решетки 1 и каналов радиоприемного блока 2, необходимого для осуществления изобретения: M=6; M=10; M=14 и так далее.

Радиопеленгатор (фиг.2), реализующий заявленный амплитудный способ радиопеленгования, работает следующим образом.

Радиосигналы, принятые антеннами 1.1, 1.2, 1.3, 1.М, описываемые соотношениями (12), с их выходов поступают на входы соответствующих каналов радиоприемного блока 2. По команде, поступающей с выхода генератора синхроимпульсов 4 на синхровход радиоприемного блока 2, сигналы , поступившие на входы соответствующих М каналов радиоприемного блока 2 (m=1, 2, …, M), подвергаются типовым для современных многоканальных радиоприемных блоков со спектральной обработкой сигналов преобразованиям: синхронной фильтрации в полосе частот ΔF, усилению, преобразованию на промежуточную частоту с идентичными общими комплексными коэффициентами передачи каналов радиоприемного блока 2, получаемыми либо с использованием идентичных каналов радиоприемного блока 2, либо с использованием результатов калибровки неидентичности общих комплексных коэффициентов передачи каналов радиоприемного блока 2, синхронному преобразованию сигналов промежуточной частоты в цифровые сигналы путем дискретизации по уровню и времени принимаемых сигналов Um(pdΔt) и осуществления дискретного преобразования Фурье (в частности, быстрого преобразования Фурье) с получением действительной и мнимой составляющих сигналов, являющихся цифровыми эквивалентами принимаемых радиосигналов:

где Δt - интервал равномерной дискретизации сигналов по времени; - объем обрабатываемого массива временных отсчетов радиосигналов; ΔT - требуемое (допустимое при фильтрации сигналов в полосе частот AF) время наблюдения радиосигналов; pd=0, 1, …, (Pd-1) - порядковые номера временных отсчетов радиосигналов; kω=0, 1, …, (Pd-1) - номер спектральных составляющих радиосигналов.

При этом после осуществления преобразования Фурье согласно вышеупомянутому выражению принятые радиосигналы представляются в виде Pd комплексных спектральных составляющих, частотное расстояние между которыми, то есть фактически частотное разрешение составляет . В дальнейшем для упрощения обработки используют только комплексных спектральных составляющих, а остальные - спектральных составляющих, соответствующих отрицательным частотам, полагают равными нулю. Таким образом, прием совокупности радиосигналов, отфильтрованных в каждом из каналов радиоприемного блока 2 в широкой полосе частот ΔF с последующим разделением по частоте методом преобразования Фурье, эквивалентен одновременному приему сигналов в соответствующих элементарных частотных каналах с шириной полосы и общим количеством . Указанное обстоятельство обеспечивает получение высокой чувствительности радиоприемного блока 2 (за счет уменьшения действующего значения напряжения внутреннего шума, обратно пропорционального величине ) при одновременном увеличении быстродействия радиопеленгатора и повышении частотной избирательности радиоприемного блока 2.

По полученным действительным и мнимым спектральным компонентам сигналов в каждом канале радиоприемного блока 2 определяется амплитуда Um сигнала в соответствии с соотношением

где m=1, 2, …, M.

Сигналы, соответствующие значениям измеренных амплитуд Um сигналов с M выходов радиоприемного блока 2, поступают на соответствующие входы вычислителя азимута 3. По команде, поступающей с выхода генератора синхроимпульсов 4 на синхровход вычислителя азимута 3, в вычислителе азимута 3 по формуле (11) с использованием априорно заданных параметров вычислений αm, определяемых соотношением (9), в пределах от 0 до 2π радиан определяется оценка азимута источника радиосигнала, характеризуемого как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией OL антенной решетки 1 и проекцией OP направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования (фиг.1). Сигнал, соответствующий полученному значению азимута источника радиосигнала, поступает на выход вычислителя азимута 3, который служит выходной шиной радиопеленгатора.

В радиопеленгаторе, реализующем заявленный амплитудный способ радиопеленгования, используются известные типовые для радиоприемных устройств и устройств с цифровой обработкой сигналов блоки, различные варианты осуществления которых описаны в ряде научно-технических источников информации. Конкретные функциональные схемы отдельных блоков могут отличаться функциональными схемами их выполнения, конструктивной и элементной базами, связями между функциональными элементами, однако обобщенная функциональная схема (фиг.2), описывающая заявленное устройство независимым пунктом формулы, сохраняется.

Функциональные схемы выполнения антенн 1.1, 1.2, …, 1.M с заданной шириной главного лепестка диаграмм направленности, радиоприемного блока 2 и генератора синхроимпульсов 4, взаимосвязи между вышеупомянутыми блоками и временные диаграммы их функционирования не отличаются от схем, взаимосвязей и временных диаграмм аналогичных блоков наиболее близкого аналога и другого вышеупомянутого аналога.

На фиг.3 представлена блок-схема вычислительного алгоритма варианта реализации вычислителя азимута 3, обеспечивающего по команде, поступающей с выхода генератора синхроимпульсов 4 на синхровход вычислителя азимута 3, вычисление в пределах от 0 до 2π радиан азимута в источника радиосигнала с использованием значений амплитуд Um сигналов и параметра

по формуле

На фиг.3 кроме упомянутых параметров Um и αm обозначены переменные параметры xS и xC, предназначенные для накопления значений параметров, соответствующих усредненным соответственно синусной и косинусной диаграммам направленности эквидистантной кольцевой антенной решетки.

Для оценки возможностей повышения точности пеленгования, которые достигаются при осуществлении амплитудного способа радиопеленгования и выполнении устройства, его реализующего, с использованием методического аппарата для моделирования диаграмм направленности направленных антенн эквидистантных кольцевых антенных решеток, проведен расчет методических ошибок пеленгования, обусловленных искажениями формы диаграмм направленности антенн, связанных с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, характерных для заявленного амплитудного способа радиопеленгования, заявленного радиопеленгатора и их аналогов. Ввиду того, что уровни электродинамического взаимодействия между антеннами антенной решетки зависят как от структуры электродинамических размеров антенн, так и от входных сопротивлений нагрузок на входных клеммах антенн, то общими для далее упоминаемых результатов моделирования исходными данными являются следующие: в качестве направленных антенн анализируемых антенных решеток выбраны идентичные широкодиапазонные логопериодические вибраторные антенны вертикальной поляризации с числом симметричных вибраторов, равным 17, расстоянием σ (в длинах волн) между полуволновым и меньшим соседним вибраторами, равным 0,05, и коэффициентом подобия τ антенны, равным 0,92; сопротивление нагрузки на входных клеммах антенн равно 200 Ом. Учет электродинамического взаимодействия между антеннами при расчете диаграмм направленности антенн антенных решеток осуществлялся с использованием программного продукта моделирования антенн MMANA [Гончаренко И.В. Антенны KB и УКВ. Часть I. Компьютерное моделирование. MMANA. - М: ИП РадиоСофт, Журнал «Радио», 2004. - 128 с.] в диапазоне изменения длин волн λ от максимальной длины волны λmax до минимальной длины волны λmin с коэффициентом перекрытия . В качестве примера на фиг.4 приведена модель шестиэлементной (M=6) эквидистантной кольцевой антенной решетки из вышеупомянутых направленных логопериодических вибраторных антенн в прямоугольной системе координат.

Методические ошибки пеленгования , обусловленные погрешностями аппроксимации косинусных зависимостей от азимута θ главного лепестка диаграмм направленности антенн и взаимным влиянием антенн в составе эквидистантных кольцевых антенных решеток, определялись в соответствии с соотношением

Рассчитанные на максимальной Lmах, среднегеометрической 2λmin и минимальной λmin длинах волн рабочего диапазона нормированные диаграммы направленности d0(θ, λ) одиночной направленной логопериодической вибраторной антенны с вышеупомянутой структурой, находящейся в свободном пространстве, представлены в полярных координатах на фиг.5, фиг.6 и фиг.7 соответственно. Согласно графикам, приведенным на фиг.5, фиг.6 и фиг.7, ширина 2Δθ0,7 главного лепестка диаграммы направленности одиночной направленной логопериодической вибраторной антенны в рабочем диапазоне длин волн составляет (120÷130)°, что в соответствии с (24) позволяет использовать указанную направленную антенну в составе эквидистантной кольцевой антенной решетки с числом антенн M'≥3 при реализации амплитудного способа радиопеленгования в круговом азимутальном секторе и соответствующего радиопеленгатора.

Рассчитанные на максимальной λmax, среднегеометрической 2λmin и минимальной λmin длинах волн рабочего диапазона нормированные диаграммы направленности d1(θ, λ) направленной логопериодической вибраторной антенны (для m=1) с вышеупомянутой структурой, входящей в состав шестиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки (M=6), представлены в полярных координатах на фиг.8, фиг.9 и фиг.10 соответственно. Рассчитанные на максимальной Lmax, среднегеометрической 2λmin и минимальной λmin длинах волн рабочего диапазона нормированные диаграммы направленности d1(θ, λ) направленной логопериодической вибраторной антенны (для m=1) с вышеупомянутой структурой, входящей в состав десятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки (M=10), представлены в полярных координатах на фиг.11, фиг.12 и фиг.13 соответственно. Рассчитанные с использованием соотношения (17) на максимальной λmax, среднегеометрической 2λmin и минимальной λmin длинах волн рабочего диапазона нормированные разностные диаграммы направленности пары первой и четвертой антенн шестиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки (M=6), в качестве которых используются логопериодические вибраторные антенны с упомянутой структурой, где , R1max - максимальное значение разностной диаграммы направленности R1, представлены в полярных координатах на фиг.14, фиг.15 и фиг.16 соответственно. Рассчитанные с использованием соотношения (17) на максимальной λmax, среднегеометрической 2λmin и минимальной λmin длинах волн рабочего диапазона нормированные разностные диаграммы направленности пары первой и шестой антенн десятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решетки (M=10), в качестве которых используются логопериодические вибраторные антенны с упомянутой структурой, представлены в полярных координатах на фиг.17, фиг.18 и фиг.19 соответственно.

Сравнительный анализ диаграмм направленности по полю, приведенных на фиг.5-7 и на фиг.8-13, показывает, что за счет взаимного влияния антенн формы диаграмм направленности и главных лепестков диаграмм направленности антенн в составе антенных решеток существенно (от минус 6 децибел до плюс 6 децибел) искажаются. При этом, согласно фиг.14-19, нормированные разностные диаграммы направленности пар антенн эквидистантных кольцевых антенных решеток, осевые линии которых ориентированы в противоположных направлениях, характеризуются симметричной в азимутальной плоскости косинусной формой с глубиной минимумов, не зависящей от параметров искажений диаграмм направленности антенн, обусловленных частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн.

Усредненные в круговом азимутальном секторе средние квадратические ошибки σθ пеленгования с использованием соотношения (7), обусловленные погрешностями аппроксимации косинусных зависимостей от азимута θ главных лепестков диаграмм направленности антенн и искажениями диаграмм направленности антенн из-за взаимного влияния между антеннами эквидистантных кольцевых антенных решеток, рассчитанные для четырех длин волн λ рабочего диапазона λmax=4λmin≤λ≤λmin малоэлементных эквидистантных кольцевых антенных решеток с количеством M' направленных логопериодических вибраторых антенн, изменяющимся в пределах от 3 до 10, представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 также представлены выраженные в процентах отношения максимальных методических ошибок пеленгования к углам ΔαM' между осевыми линиями соседних антенн антенных решеток, где .

Таблица 1
Количество M' антенн антенной решетки Наименование параметра Значение параметра
λ/λmin 4 2 1,4 1
3 σθ, град. 4,7 4,3 3,8 8,3
4 7,3 3,5 3,4 7,3
5 2,6 4,1 3,8 2,9
6 2,0 2,1 1,9 2,1
7 1,1 1,1 2,4 2,8
8 0,2 0,2 3,2 2,8
9 0,2 1,3 2,3 2,9
10 0,1 0,1 0,2 0,7
3 5,5 5,1 4,5 9,8
4 11,5 5,5 5,3 11,5
5 5,1 8,1 7,5 5,7
6 4,8 5,5 4,5 5,5
7 3,1 3,1 6,6 7,7
8 0,6 0,6 10,1 8,8
9 0,7 4,6 8,1 10,3
10 0,5 0,5 0,8 2,9

Анализ данных, приведенных в таблице 1, показывает, что заявленный амплитудный способ радиопеленгования, в отличие от наиболее близкого аналога, за счет выбора количества M антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки в соответствии с соотношением (8) обеспечивает в широком рабочем диапазоне длин волн уменьшение методических ошибок пеленгования не менее чем в 1,3 раза не только при соизмеримом, но и при меньшем количестве идентичных антенн, реализующих сравниваемые способы радиопеленгования. При этом отношения максимальных методических ошибок пеленгования к углам между осевыми линиями соседних антенн антенных решеток в широком рабочем диапазоне длин волн являются наименьшими в случае выбора количества M антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки в соответствии с соотношением (8).

Рассчитанные по формуле (27) для упомянутых длин волн λmax, 2λmin и λmin рабочего диапазона азимутальные зависимости методических ошибок пеленгования, характерные для заявленного амплитудного способа радиопеленгования с использованием десятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решеткой (M=10) из логопериодических вибраторных антенн с упомянутой структурой, реализующего определение оценки азимута по формуле (6), представлены на фиг.20, фиг.21 и фиг.22 соответственно.

Анализ представленных на фиг.20, фиг.21 и фиг.22 графиков показывает, что азимутальные зависимости методических ошибок радиопеленгатора с M-элементной эквидистантной кольцевой антенной решеткой из направленных антенн являются периодическими функциями с периодом , равным углу ΔαM между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки. При этом методические ошибки пеленгования равны нулю в азимутальных направлениях, совпадающих с осевыми линиями направленных антенн и равносигнальными направлениями пар соседних направленных антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки.

Усредненные в круговом азимутальном секторе средние квадратические ошибки пеленгования, характерные для заявленного амплитудного способа радиопеленгования, радиопеленгатора, реализующего заявленный амплитудный способ радиопеленгования, и наиболее близкого аналога заявленного амплитудного способа радиопеленгования, обусловленные погрешностями аппроксимации косинусных зависимостей от азимута θ главных лепестков диаграмм направленности антенн, рассчитанные для малоэлементных эквидистантных кольцевых антенных решеток с количеством M' направленных антенн, изменяющимся в пределах от 3 до 10, при условии отсутствия взаимного влияния между направленными антеннами в составе антенной решетки и выполнения антенн с шириной 2Δθ0,7 главного лепестка диаграмм направленности антенн, равной углу ΔαM' между осевыми линиями соседних антенн M'-элементных эквидистантных кольцевых антенных решеток, где , представлены в таблице 2. Кроме того, в таблице 2 также представлены выраженные в процентах отношения максимальных значений составляющих методических ошибок пеленгования, обусловленных погрешностями аппроксимации косинусных зависимостей от азимута в главных лепестков диаграмм направленности антенн, к углам ΔαM' между осевыми линиями соседних антенн антенных решеток, где ΔαM'=2Δθ0,7.

Таблица 2
Наименование параметра Значение параметра
M' 3 4 5 6 7 8 9 10
2Δθ0,7, град. 120 90 72 60 51,4 45 40 36
, град. 2,27 0,41 0,24 0,19 0,15 0,14 0,12 0,10
2,68 0,64 0,48 0,44 0,44 0,44 0,44 0,39

Анализ данных, приведенных в таблице 2, показывает, что заявленный амплитудный способ радиопеленгования, в отличие от наиболее близкого аналога, в случае выполнения антенн с шириной 2Δθ0,7 главного лепестка диаграммы направленности, равной углу ΔαМ между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки с целью повышения коэффициента направленного действия антенн и, соответственно, повышения чувствительности пеленгования за счет выбора количества M антенн эквидистантной кольцевой антенной решетки в соответствии с соотношением (8) обеспечивает в широком рабочем диапазоне длин волн наименьшие значения отношений максимальных составляющих методических ошибок пеленгования, обусловленных погрешностями аппроксимации косинусных зависимостей от азимута θ главных лепестков диаграмм направленности антенн, к углам между осевыми линиями соседних антенн антенных решеток. При этом коэффициент направленного действия антенн и, соответственно, относительный коэффициент усиления Gλ/2 антенн обратно пропорциональны ширине 2Δθ0,7 главного лепестка диаграмм направленности антенн. Кроме того, ширина главного лепестка кардиоидной диаграммы направленности антенн, используемых при осуществлении наиболее близкого аналога, составляет 0,728π радиан. Тогда, при осуществлении заявленного амплитудного способа радиопеленгования в предельном случае выполнения антенн с шириной 2Δθ0,7 главного лепестка диаграммы направленности, удовлетворяющей соотношению , выигрыш ξ в чувствительности пеленгования (относительно наиболее близкого аналога) с учетом (8) и (13) определяется соотношением

При выполнении радиопеленгатора, реализующего заявленный амплитудный способ радиопеленгования, в отличие от наиболее близкого аналога, не используется информация о форме главного лепестка диаграммы направленности антенн, что упрощает реализацию радиопеленгатора. При этом из-за погрешностей определения в широком диапазоне длин волн (частот) теоретическим или экспериментальным путем формы диаграмм направленности антенн, зависящей как от длины волны (частоты) радиосигнала, так и от параметров взаимного влияния антенн в составе антенной решетки, искажения которых, согласно фиг.5-13, составляют от минус 6 децибел до плюс 6 децибел, методические ошибки наиболее близкого аналога радиопеленгатора становятся соизмеримыми с углами ΔαM' между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки и, с учетом данных, приведенных в таблицах 1 и 2, не менее чем на порядок превышают методические ошибки, характерные в широком диапазоне длин волн для заявленного радиопеленгатора с количеством антенн, выбираемым по формуле (10), реализующего оценку азимута по формуле (11).

Специалистам понятно, что варианты реализации различных блоков функциональной схемы радиопеленгатора (фиг.2) могут иметь различные конструктивные отличия, не являющиеся предметом настоящего изобретения. При этом заявленные амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления достаточно легко реализуемы в широком диапазоне длин волн (частот). В качестве широкодиапазонных направленных антенн 1.1, 1.2, …, 1.M M-элементной эквидистантной кольцевой антенной решетки 1 могут быть использованы логопериодические антенны, щелевые излучатели с экспоненциально расширяющейся щелью (антенны Вивальди), ТЕМ-рупоры Радиоприемный блок 2 широкодиапазонного радиопеленгатора может быть реализован по схеме супергетеродинного радиоприемного устройства с преобразованием частоты, с использованием параллельно-последовательного способа обзора рабочего диапазона частот и аналого-цифрового преобразования радиосигналов с получением их спектральных характеристик на основе быстрого преобразования Фурье. При этом для осуществления дискретизации сигналов в варианте реализации радиоприемного блока 2 может использоваться 14-разрядный аналого-цифровой преобразователь AD6644 фирмы Analog Devices и микросхемы DIGITAL DOWN CONVERTER (DDC) AD6224 фирмы Analog Devices. Для получения спектральных характеристик радиосигналов на основе быстрого преобразования Фурье в варианте реализации радиоприемного блока 2 может использоваться цифровой сигнальный процессор ADSP TS-202 фирмы Analog Devices, который имеет суперскалярную архитектуру, оптимизирован для задач цифровой обработки сигналов и выполняет преобразование Фурье радиосигналов, например, на 1024 точки за 20 мкс. Вычислитель азимута 3 может быть реализован на базе сигнального процессора ADSP TS-201 фирмы Analog Devices. Генератор синхроимпульсов 4 может быть выполнен на базе программируемой логической интегральной схемы фирмы Altera.

Таким образом, при осуществлении амплитудного способа радиопеленгования за счет уменьшения методических ошибок пеленгования, обусловленных искажениями формы диаграмм направленности антенн, связанными с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, достигается повышение не менее чем в 1,3 раза точности пеленгования, а за счет обеспечения возможности использования высоконаправленных антенн - повышение не менее чем в 1,5 раза чувствительности пеленгования.

Кроме того, при выполнении радиопеленгатора, реализующего амплитудный способ радиопеленгования, за счет уменьшения методических ошибок пеленгования, обусловленных искажениями формы диаграмм направленности антенн, связанными с частотной зависимостью диаграмм направленности и взаимным влиянием антенн в составе антенной решетки, достигается повышение не менее чем на порядок точности пеленгования в широком диапазоне длин волн, а за счет исключения необходимости использования априорной информации о форме главного лепестка диаграмм направленности антенн достигается упрощение реализации самого радиопеленгатора.

Наиболее успешно заявленные амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления промышленно применимы в широкодиапазонных комплексах обнаружения и определения местоположения источников радиоизлучения, предназначенных, в том числе, для функционирования в сложной радиоэлектронной обстановке.

1. Амплитудный способ радиопеленгования, заключающийся в том, что принимают радиосигнал с помощью M антенн, идентичных, направленных, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки, проходят через центр антенной решетки и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле

где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки, а за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки,
измеряют амплитуды Um сигналов, принятых m-ми антеннами антенной решетки, и определяют в пределах от 0 до 2π радиан азимут источника радиосигнала, характеризуемый как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией антенной решетки и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования, по формуле

отличающийся тем, что используют количество M антенн, выбираемое по формуле
M=4l+2,
где l=1, 2, 3, … - целые положительные числа, не равные нулю, а антенны выполняют с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки.

2. Радиопеленгатор, содержащий M антенн, выполненных идентичными, направленными, образующих в плоскости пеленгования антенную решетку - кольцевую и эквидистантную, причем осевые линии антенн, совпадающие с направлениями их главных лепестков диаграмм направленности, размещены в плоскости антенной решетки, проходят через центр антенной решетки и ориентированы относительно прямой линии, являющейся осевой линией антенной решетки, совпадающей с осевой линией одной из антенн антенной решетки, под соответствующими углами αm, определяемыми по формуле

где m=1, 2, …, M - порядковый номер антенн антенной решетки, причем за первый порядковый номер антенны антенной решетки принята антенна, осевая линия которой совпадает с осевой линией антенной решетки, а антенны выполнены с шириной главного лепестка диаграммы направленности по уровню минус три децибела, не меньшей угла между осевыми линиями соседних антенн антенной решетки, радиоприемный блок, выполненный M-канальным с идентичными каналами и возможностью измерения амплитуд Um сигналов в каждом канале, вычислитель азимута, выполненный с возможностью определения в пределах от 0 до 2π радиан азимута источника радиосигнала по измеренным значениям амплитуд Um сигналов в каждом канале, и генератор синхроимпульсов, синхронизирующий работу радиоприемного блока и вычислителя азимута, причем выход генератора синхроимпульсов соединен с синхровходами радиоприемного блока и вычислителя азимута, входы каналов радиоприемного блока соединены с выходами соответствующих антенн, а выходы каналов радиоприемного блока соединены с соответствующими входами вычислителя азимута, выход которого служит выходной шиной радиопеленгатора для формирования значения азимута источника радиосигнала, характеризуемого как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между осевой линией антенной решетки и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость пеленгования,
отличающийся тем, что использовано количество M антенн, выбираемое по формуле
M=4l+2,
где l=1, 2, 3, … - целые положительные числа, не равные нулю, а вычислитель азимута выполнен с возможностью обеспечения вычислений функции вида



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к группе космических аппаратов, например спутников, предназначенных для перемещения строем, и, в частности, касается контроля относительных положений космических аппаратов по отношению друг к другу.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигнала в системах радиотехнического контроля. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигнала в системах радиотехнического контроля. .

Изобретение относится к области пеленгации и может быть использовано для пеленгации и измерения углов места как в условиях двухлучевого сигнала, так и при приеме однолучевого сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для пеленгования радиосигналов источников радиоизлучений (ИРИ) в условиях изменяющейся на интервале пеленгования интенсивности и формы спектра сигналов, а также в тех случаях, когда применяемые в антенной системе (АС) пеленгатора антенные элементы (АЭ) имеют существенные направленные свойства.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в устройствах обработки запросных сигналов и излучения ответного сигнала в том направлении, в котором был получен более мощный запросный сигнал.

Изобретение относится к радиолокации и радионавигации и может быть использовано для радиопеленгования источников электромагнитных волн. .
Наверх