Способ пеленгования и реализующее его устройство

Группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в аппаратуре радиопеленгования. Технический результат заключается в снижении вероятности пропуска сигнала. При пеленговании задерживают принятый сигнал во всей рабочей полосе частот на время определения частоты. Из полосы задержанного сигнала выделяют полосу в окрестности измеренной частоты. В этой полосе выполняют пеленгование. Устройство содержит многоканальный пеленгатор с линией задержки и преобразователем частоты в каждом канале. Настройка преобразователей частоты выполняется с помощью устройства определения частоты. Линии задержки настраивают на время определения частоты, но не менее длительности принимаемого импульса. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в аппаратуре радиопеленгования.

Известны методы амплитудного пеленгования [1, с. 27–28], при которых измеряется энергетический максимум или минимум на источник радиоизлучения (ИРИ), либо путем сравнения амплитуд сигналов на выходах двух и более каналов радиопеленгатора определяется равносигнальное направление. Общим недостатком этих методов является низкая точность пеленгования для широкого сектора работы. Для равносигнального метода, имеющего наибольшую точность из перечисленных, ошибка составляет приблизительно 0,05 ширины диаграммы направленности антенны [2, с. 309–312]. При пеленговании, например, в секторе 30 ° ширина диаграммы направленности каждой антенны в общем случае составляет также не менее 30 °, а ошибка пеленгования, соответственно, – не менее 15 °.

Фазовый метод пеленгования с использованием двух антенн основан на измерении разности фаз сигнала, принятого двумя одинаковыми антеннами и прошедшего два одинаковых канала. Этот метод имеет меньшую ошибку при широком секторе работы, достигающем 120 ° [3, с. 10]. Направление на ИРИ α определяется в соответствии с выражением где – разность фаз сигналов, принятых антеннами, – рабочая длина волны принимаемого сигнала, D – база пеленгования (расстояние между антеннами). Согласно выражению пеленг зависит от частоты и может быть однозначно измерен только при изменении разности фаз не более чем на 360 °, что достигается в относительно узком диапазоне частот. Таким образом, недостатком метода является узкий диапазон рабочих частот.

Недостаток фазового метода пеленгования с двумя антеннами устраняется при использовании многоантенной системы с несколькими различными по величине базами и определении пеленга «методом уточнений» [3, с. 8–15]. В этом случае точность пеленгования определяется самой большой базой, а остальные служат для исключения неоднозначности измерений. Недостатком данного метода является необходимость использования множества антенн, количество которых увеличивается с расширением частотного диапазона и сектора работы. Также недостатком является снижение чувствительности пеленгатора, реализующего данный способ пеленгования, при расширении диапазона рабочих частот. Это связано с увеличением мощности шума и, соответственно, ухудшением отношения сигнал-шум при расширении диапазона рабочих частот.

Известен также способ пеленгования с помощью корреляционного интерферометра с перестройкой по частоте [2, с. 326–334], принимаемый за прототип. При этом методе для элементов антенной решетки предварительно теоретически рассчитываются разности фаз при разных углах прихода волны. При пеленговании источника радиоизлучения измеренные разности фаз сравниваются с ранее рассчитанными, вычисляются коэффициенты корреляции набора измеренных и теоретических данных. В качестве пеленга на цель выбирается направление, для которого коэффициент корреляции максимален. Такой пеленгатор позволяет обеспечить высокую точность при компактном расположении элементов антенной решетки. Перестройка по частоте обеспечивает одновременно широкую полосу рабочих частот и высокую чувствительность за счет узкой полосы рабочих частот, в которой интегральная мощность шума меньше, а значит, необходимое для обработки отношение сигнал-шум может быть достигнуто при меньшей мощности сигнала.

Недостаток данного способа заключается в возможности пропуска сигнала при сканировании по частоте, если частота пеленгуемого сигнала заранее неизвестна.

Целью группы изобретений является обеспечение возможности пеленгования при малой мощности входного сигнала, широкой полосе рабочих частот и высокой точности пеленгования.

Технический результат заключается в снижении вероятности пропуска сигнала.

Цель достигается тем, что в каналах пеленгования выполняют частотное преобразование. В дополнение к этому предварительно задерживают принятый сигнал в рабочей частотной полосе на время не менее t. За время t определяют частоту сигнала в рабочей частотной полосе и выбирают для пеленгования полосу с центральной частотой, равной частоте принятого сигнала. Затем из полосы задержанного сигнала с помощью частотного преобразования выделяют полосу и выполняют в ней пеленгование.

Кроме того, предложенный способ отличается тем, что время задержки t больше длительности принимаемого импульса.

Высокая точность пеленгования обеспечивается использованием необходимого для ее достижения метода – корреляционно-интерферометрического, фазового или другого. Метод выбирается исходя из заданной точности. Считая, что распределение мощности шума в рабочей полосе частот равномерно, интегральная мощность шума в узкой полосе ниже мощности шума в широкой полосе. Поэтому за счет использования узкой полосы, выделенной в соответствии с измеренной частотой, достигается пеленгование маломощного сигнала. При этом ширина полосы рабочих частот в предлагаемом способе определяется шириной полосы, в которой выполняют задержку и определение частоты, а также шириной полосы рабочих частот аппаратуры пеленгования, реализующей тот или иной метод. При практической реализации всех этих действий сохраняется ширина полосы частот, не у́же изначально используемой в методах пеленгования.

Кроме того, если длительность импульса больше времени t, возможна потеря части импульса. Поэтому при приеме длительных импульсов целесообразно выбирать время задержки t больше длительности принимаемого импульса.

Другая цель группы изобретений – предложить вариант устройства для реализации предлагаемого способа пеленгования.

Данная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем каналы пеленгования, выходы которых подключены к вычислителю, а каждый канал содержит антенну, преобразователь частоты и фильтр, дополнительно используются последовательно соединенные антенна, линия задержки и устройство определения частоты. Причем сигналами с выхода устройства определения частоты устанавливаются гетеродинные частоты в преобразователях частоты.

На фигуре представлен вариант устройства, реализующего предлагаемый способ пеленгования.

Сущность группы изобретений поясняется на примере устройства, которое содержит: 1 – антенну; 2 – устройство определения частоты (УОЧ); 3 – синтезатор частот (СЧ); 4.1 – 4.N – каналы пеленгования, 5 – вычислитель. Каждый из каналов пеленгования 4.1 – 4.N содержит идентичные антенну 6, линию задержки (ЛЗ) 7, смеситель (См) 8 и фильтр (Ф) 9.

Устройство работает следующим образом. ВЧ-сигнал в полосе рабочих частот принимается всеми антеннами (антенной 1 и антеннами 6.1–6.N каналов пеленгования 4.1 – 4.N). С выхода антенны 1 сигнал поступает в устройство определения частоты 2, а с выходов антенн 6.1–6.N сигнал поступает в линии задержки 7.1–7.N. В устройстве определения частоты 2 выполняется определение частоты сигнала. В соответствии с измеренной частотой устройство определения частоты 2 формирует команду управления «Упр» и отправляет ее на синтезатор частоты 3. Все операции в устройстве определения частоты 2 выполняются за время t. По команде «Упр» выполняется перестройка выходной частоты, формируемой синтезатором частоты 3. В линиях задержки 7.1–7.N выполняется задержка сигнала на время не менее t. Сигнал с выходов линий задержки 7.1–7.N поступает в смесители 8.1–8.N. К этому времени с помощью команды управления «Упр» синтезатор частот 3 уже выдает сигнал с такой частотой f_Г, что смесители 8.1–8.N из всей задержанной полосы частот выполняют перенос сигнала на промежуточную частоту с той частоты сигнала, которая была измерена в устройстве определения частоты 2. Сигнал с выходов смесителей 8.1–8.N в едином диапазоне промежуточных частот поступает на фильтры 9.1–9.N, выделяющие полосу промежуточных частот. Т.е. путем переноса сигнала в диапазон промежуточных частот с частоты принятого сигнала достигается выбор для пеленгования узкой полосы из всего диапазона рабочих частот, а с помощью фильтров 9.1–9.N выделяется узкая полоса для пеленгования. Отфильтрованный сигнал с выходов каналов пеленгования 4.1 – 4.N поступает в вычислитель 5 для определения пеленга методом, обеспечивающим требуемую точность пеленгования.

Широкополосное устройство определения частоты 2 на практике может быть выполнено на основе матричного приемника (по схемам, описанным, например, в [4, 5]), приемника с субдискретизацией (по схемам, описанным, например, в [6, 7]) или других известных схем, описанных, например, в литературе [8, 1].

Линия задержки 7 может быть реализована на основе переноса сигнала из радиочастотного диапазона в оптический, задержки сигнала в оптоволоконном кабеле и обратном переносе в радиочастотный диапазон с помощью технического решения, описанного, например, в [9].

Остальные элементы устройства реализуются с помощью общеизвестных средств.

Источники информации

1. Куприянов А. И., Сахаров А. В. Радиоэлектронные системы в информационном конфликте // М.: Вузовская книга. 2003. 528 с.

2. Рембовский А. М., Ашихмин А. В., Козьмин В. А. Радиомониторинг. Задачи, методы, средства // Горячая линия-Телеком. 2010. 624 с.

3. Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы: монография // Томск: Томский гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники. 2002. 251 с.

4. Патент RU 155553 U1. Приемное устройство / А.И. Беззуб, А.С. Подстригаев; № 2014151261/08; заявл. 17.12.2014; опубл. 10.10.2015, Бюл. № 28.

5. Патент RU 2422845 C2. Матричный приемник / В.Д. Анохин, Е.В. Анохин, В. Г. Кильдюшевская, Симохаммед Фаузи. № 2009131254/09; заявл. 17.08.2009; опубл. 27.02.2011, Бюл. № 18.

6. Патент US 5109188 A. Instantaneous frequency measurement receiver with bandwidth improvement through phase shifted sampling of real signals / R. B. Sanderson, J. B. Y. Tsui. № 672309; заявл. 06.03.1991; опубл. 28.04.1992.

7. Патент RU 2516763 C1. Приемное устройство / А. Н. Кренев и др. № 2012143923/08; заявл. 15.10.2012; опубл. 20.05.2014, Бюл. № 14.

8. Tsui J., Cheng Ch.-H. Digital techniques for wideband receivers. 3nd ed. // New York, SciTech Publishing Inc, 2015. 608 p.

9. Патент RU 2715366 C2. Способ задержки СВЧ-сигнала и реализующая его линия задержки / А. С. Подстригаев, А. А. Галичина. № 2019122980; заявл. 19.07.2019; опубл. 26.02.2020, Бюл. № 6.

1. Способ радиопеленгования, заключающийся в том, что принятый сигнал в широкой полосе рабочих частот задерживают на время не менее t, за время t определяют частоту принятого сигнала в широкой полосе рабочих частот, выполняют перенос из широкой полосы частот задержанного сигнала на промежуточную частоту с частоты сигнала, равной измеренной частоте принятого сигнала, из сигнала в едином диапазоне промежуточных частот выделяют узкую полосу частот с центральной частотой, соответствующей измеренной частоте принятого сигнала, и выполняют пеленгование в выделенной узкой полосе частот.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время задержки t больше длительности принимаемого импульса.

3. Устройство радиопеленгования, содержащее каналы пеленгования, выходы которых подключены к вычислителю, отличающееся тем, что каждый канал пеленгования содержит последовательно соединенные антенну канала пеленгования, линию задержки, смеситель и фильтр, при этом дополнительно используются последовательно соединенные антенна, широкополосное устройство определения частоты и синтезатор частот, причем сигналами с выхода широкополосного устройства определения частоты в соответствии с измеренной частотой принятого сигнала в синтезаторе частот устанавливается гетеродинная частота, которая поступает на смесители каналов пеленгования.