УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОСТРАНСТВЕННО-КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к области радиотехники, а конкретно к устройствам для измерения пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона и может быть использована для оценки возможности применения корреляционных методов обработки радиосигналов при обнаружении надводных и воздушных объектов.
Известен «Адаптивный сейсмический корреляционный пеленгатор объектов», наиболее близкий по технической сущности заявленной полезной модели и выбранный в качестве прототипа. Устройство содержит два идентичных приемных радиоканала, включающих одинаковые разнесенные в пространстве антенны, которые соединены с входами соответствующих антенных усилителей, причем выход приемных радиоканалов соединен с входом блока обработки данных для оценки функции взаимной корреляции сигналов, поступающих с двух идентичных приемных радиоканалов. (Патент 2248015. Российская Федерация, МПК G01V 1/16, G01S 3/80. Адаптивный сейсмический корреляционный пеленгатор объектов / Авторы Крюков И.Н., Иванов В.А. и др.; заявитель и патентообладатель Калининградский военный институт. - №2003118049/28; заявл. 19.06.2003; опубл. 10.03.2005, Бюл. №7).
Известное устройство использовано для определения азимута на обнаруживаемые объекты на охраняемом рубеже, подсчета количества объектов в групповой цели и классификации обнаруживаемых объектов. Для реализации функции пеленгования используют способ разнесенной пассивной локации. Основным информационным признаком для определения направления на объект является функция взаимной корреляции в двух каналах обработки
сигналов.
Однако известное устройство-прототип может быть применено только для обнаружения сейсмических сигналов. Прототип не позволяет произвести оценку функции взаимной корреляции между электромагнитными радиосигналами декаметрового диапазона, поступающими с двух каналов обработки, в связи с тем, что каналы обработки выполнены для приема только сейсмических сигналов, а использование линий задержек в каналах обработки данных прототипа значительно увеличивает время обработки и снижает точность оценки функции взаимной корреляции с двух каналах обработки сигналов.
Недостатки присущие прототипу устранены заявляемой полезной моделью «Устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона», технической задачей которого является создание нового быстродействующего устройства для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных радиосигналов декаметрового диапазона.
Реализация указанной технической задачи позволяет добиться следующего технического результата:
- возможность приема электромагнитных сигналов декаметрового диапазона приемными радиоканалами, в каждом из которых выход антенного усилителя соединен с помощью радиочастотного кабеля с входом усилителя высокой частоты, что позволяет обеспечить разнос антенн, соответствующих приемных радиоканалов, в пространстве при приеме анализируемых сигналов и является необходимым условием для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов, а также позволяет обеспечить требуемый уровень сигнала для дальнейшего преобразования в аналого-цифровом преобразователе;
- выход первого усилителя высокой частоты и выход второго усилителя высокой частоты, каждого приемного радиоканала, соединены с соответствующими входами двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя, включенного в блок обработки данных, обеспечивающим
синфазность преобразования и обработки аналоговых сигналов, чем достигается увеличение точности измерения, по сравнению с прототипом;
- в блоке обработки данных выход АЦП соединен с входом ЭВМ, снабженной пакетом прикладных программ для оценки функции взаимной корреляции, что существенно сокращает время обработки и увеличивает точность оцениваемых данных;
- выход ЭВМ блока обработки данных соединен с входом устройства для отображения информации, с возможностью визуальной оценки полученных результатов, что улучшает эргономические показатели устройства в целом.
Для достижения указанного технического результата предложено «Устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона», содержащее два идентичных приемных радиоканала. В каждом радиоканале выход каждой разнесенной в пространстве антенны соединен с входом соответствующего антенного усилителя. Выходы приемных радиоканалов соединены с соответствующими входами блока обработка данных, с возможностью оценки функции взаимной корреляции сигналов, поступающих с двух идентичных приемных радиоканалов.
Отличием предлагаемого устройства от прототипа является то, что два приемных радиоканала выполнены с возможностью приема электромагнитного сигнала декаметрового диапазона. Выход каждого антенного усилителя в каждом приемном радиоканале соединен через соответствующий радиочастотный кабель с соответствующим входом усилителя высокой частоты, а выход первого усилителя высокой частоты и выход второго усилителя высокой частоты каждого приемного радиоканала соединены с соответствующими входами двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя, который включен в блок обработки данных. Выход двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя соединен с входом ЭВМ блока обработки данных.
Такое взаимное расположение конструктивных элементов и их взаимосвязь необходимы для создания нового быстродействующего устройства для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных радиосигналов декаметрового диапазона.
Дополнительным отличием предлагаемого устройства от прототипа является то, что каждый радиочастотный кабель имеет длину от 400 до 600 метров, которая определена возможностью разнесения антенн в пространстве на расстояние 800-1200 метров друг от друга.
Кроме того, двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь использован с возможностью синхронного преобразования усиленных аналоговых сигналов в цифровую форму, а ЭВМ снабжена пакетом прикладных программ, с возможностью оценки функции взаимной корреляции сигналов, поступающих с двух идентичных приемных радиоканалов.
Дополнительным отличием является то, что выход ЭВМ блока обработки данных, соединен с входом устройства отображения информации, с возможностью визуальной оценки полученных результатов.
Именно наличие в заявленной полезной модели отличительных и дополнительных отличительных от прототипа признаков позволяет создать новое быстродействующие, высокоточное устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных радиосигналов декаметрового диапазона, которое в свою очередь может быть использовано для оценки возможности применения корреляционных методов обработки радиосигналов при обнаружении надводных и воздушных объектов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фиг.1. Устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона. Функциональная схема.
Фиг.2. Устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона. Схема разнесения антенн в пространстве.
На Фиг.1. представлена функциональная схема:
I - Первый приемный радиоканал
1 - Первая антенна,
2 - Первый антенный усилитель (АУ),
3 - Первый радиочастотный кабель,
4 - Первый усилитель высокой частоты (УВЧ);
II - Второй приемный радиоканал
5 - Вторая антенна,
6 - Второй антенный усилитель (АУ),
7 - Второй радиочастотный кабель,
8 - Второй усилитель высокой частоты (УВЧ);
III - Блок обработки данных
9 - Двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
10 - Электронно-вычислительная машина (ЭВМ),
11 - Устройство отображения информации - монитор (УОИ).
В устройстве все конструктивные узлы соединены электрической связью, при этом первый приемный радиоканал I Фиг.1 и второй приемный радиоканал II Фиг.1 идентичны по исполнению. В каждом из них, выход первой антенны 1 Фиг.1 соединен с входом первого антенного усилителя 2 Фиг.1, а выход второй антенны 5 Фиг.1 соединен с входом второго антенного усилителя 6 Фиг.1, с возможностью усиления принимаемых сигналов до величины, обеспечивающей компенсацию затухания в первом радиочастотном кабеле 3 Фиг.1 и во втором радиочастотном кабеле 7 Фиг.1 соответственно. Выход первого антенного усилителя 2 Фиг.1 соединен с помощью первого радиочастотного кабеля 3 Фиг.1 с входом первого усилителя высокой частоты 4 Фиг.1, а выход второго антенного усилителя 6 Фиг.1 соединен с помощью второго радиочастотного кабеля 7 Фиг.1. с входом второго усилителя высокой частоты 8 Фиг.1, причем оба радиочастотных кабеля имеют длину от 400 до 600 метров, обеспечивая возможность разноса первой антенны 1
Фиг.1 и второй антенны 5 Фиг.1 в пространстве и усиления выходного радиочастотного сигнала в соответствующих усилителях высокой частоты до величины необходимой для нормального срабатывания двухканального синхронного АЦП 9 Фиг.1, блока обработки данных III Фиг.1. Выходы первого усилителя высокой частоты 4 Фиг.1 и второго усилителя высокой частоты 8 Фиг.1 обоих приемных радиоканалов I и II Фиг.1 соединены с соответствующими входами двухканального синхронного АЦП 9 Фиг.1, блока обработки данных III Фиг.1, с возможностью синхронного преобразования усиленных аналоговых сигналов поступающих с них в цифровую форму. Выход двухканального синхронного АЦП 9 Фиг.1 соединен с входом ЭВМ 10 Фиг.1, с возможностью оценки функции взаимной корреляции между цифровыми сигналами, поступающими с первого I Фиг.1 и второго II Фиг.1 приемных радиоканалов соответственно. Выход ЭВМ 10 Фиг.1 блока обработки данных III Фиг.1 соединен с входом УОИ 11 Фиг.1 для визуальной оценки полученных результатов.
На Фиг.2. представлена схема разнесения антенн в пространстве в прямоугольной системе координат, на которой изображены:
1. OX - ось абсцисс;
2. ОУ - ось ординат, где О - начало координат;
3. α∈[0÷180°] - угол наклона позиционной линии антенн относительно направления прихода электромагнитного радиосигнала:
1
1
1
3.1. AБ - первая позиционная линия антенн, при α=0°;
2
2
2
3.2. АБ - вторая позиционная линия антенн, при α;
3
3
3
3.3. АБ - третья позиционная линия антенн, при α;
4
4
4
3.4. АБ - четвертая позиционная линия антенн, при α;
...
i
i
i
3.i. АБ - i-ая позиционная линия антенн, при α;
4. База антенн:
1
4.1. Первая база антенн: r - расстояние между первой и второй
антеннами, равноудаленными от начала координат О;
2
4.2. Вторая база антенн: r - расстояние между первой и второй антеннами, равноудаленными от начала координат О;
...
n
4.n. - n-ая база антенн, r - расстояние между первой и второй антеннами, равноудаленными от начала координат О.
Принятые обозначения:
i
i - количество изменений позиционных линий антенн, определяемое точностью оценки угловых пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона, α - i-ый угол соответствующий i-му положению позиционной линии;
n
n
r - n-я база антенн, , где d - шаг перемещения антенны, который определяется требуемой точностью при оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона.
1
1
1
2
2
n
2
2
2
i
i
i
При первом положении позиционной линии антенн AБ и угле наклона α=0° производится оценка функции взаимной корреляции при первой базе антенн r. После оценки функции взаимной корреляции в первом положении база антенн меняется до r и снова производится оценка функции взаимной корреляции. Затем база антенн последовательно изменяется от r до r и оценивается функция взаимной корреляции для каждого положения базы антенн соответственно. Аналогичные действия выполняются при перемещении позиционной линии антенн во второе положение АБ и угле наклонна α и последовательно до положения АБ с углом наклона α.
Устройство работает следующим образом
В наземных условиях при исследовании электромагнитных радиосигналов декаметрового диапазона, и как широко принято в науке и технике радиолокации, электромагнитный радиосигнал с передающих радиостанций, характерных для исследуемого района, поступает на вход первой антенны 1
Фиг.1 первого приемного радиоканала I Фиг.1 и на вход второй антенны 5 Фиг.1 второго приемного радиоканала II Фиг.1. После этого в первой антенне 1 Фиг.1 и во второй антенне 5 Фиг.1 осуществляются предварительная пространственная фильтрация принимаемого электромагнитного радиосигнала. Предварительно обработанный электромагнитный радиосигнал с выхода первой антенны 1 Фиг.1 поступает на вход первого антенного усилителя 2 Фиг.1, а с выхода второй антенны 5 Фиг.1 на вход второго антенного усилителя 6 Фиг.1, в которых производится предварительная частотная селекция и его усиление до величины, обеспечивающей компенсацию затухания в первом радиочастотном кабеле 3 Фиг.1 и во втором радиочастотном кабеле 7 Фиг.1 соответственно. С выхода первого антенного усилителя 2 Фиг.1 усиленный электромагнитный радиосигнал по первому радиочастотному кабелю 3 Фиг.1 поступает на вход первого усилителя высокой частоты 4 Фиг.1, а с выхода второго антенного усилителя 6 Фиг.1 усиленный электромагнитный радиосигнал по второму радиочастотному кабелю 7 Фиг.1 поступает на вход второго усилителя высокой частоты 8 Фиг.1. Первый радиочастотный кабель 3 Фиг.1 и второй радиочастотный кабель 7 Фиг.1 обеспечивают разнос в пространстве первой антенны 1 Фиг.1 и второй антенны 5 Фиг.1 на расстояние 800-1200 м друг от друга, согласно схеме приведенной на Фиг.2. В первом усилители высокой частоты 4 Фиг.1 и во втором усилители высокой частоты 8 Фиг.1 выходной радиочастотный электромагнитный радиосигнал усиливается до величины необходимой для нормального срабатывания двухканального синхронного АЦП 9 Фиг.1, блока обработки данных III Фиг.1. С выхода первого усилителя высокой частоты 4 Фиг.1 и второго усилителя высокой частоты 8 Фиг.1 обоих приемных радиоканалов, усиленный аналоговый электромагнитный радиосигнал параллельно поступает на соответствующие входы двухканального синхронного АЦП 9 Фиг.1., блока обработки данных III Фиг.1. В двухканальном синхронном АЦП 9 Фиг.1 усиленные аналоговые электромагнитные радиосигналы, поступающие с первого приемного радиоканала I Фиг.1 и второго
приемного радиоканала II Фиг.1; синхронно преобразуются в цифровую форму, после чего с выхода двухканального синхронного АЦП 9 Фиг.1. цифровые электромагнитные радиосигналы поступают на вход ЭВМ 10 Фиг.1. В ЭВМ 10 Фиг.1 с помощью пакета прикладных программ осуществляется оценка функции взаимной корреляции между цифровыми электромагнитными радиосигналами, поступающими с двухканального синхронного АЦП 9 Фиг.1. с первого приемного радиоканала I Фиг.1 и второго приемного радиоканала II Фиг.1. С выхода ЭВМ 10 Фиг.1 блока обработки данных III Фиг.1 сигнал, содержащий данные об оценке функции взаимной корреляции между цифровыми электромагнитными радиосигналами первого приемного радиоканала I Фиг.1 и второго приемного радиоканала II Фиг.1, поступают на вход УОИ 11 Фиг.1. для визуальной оценки полученных результатов в удобном для пользователя виде.
Таким образом, заявленная полезная модель «Устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона» является новым устройством для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных радиосигналов декаметрового диапазона. Заявленное устройство обладает следующими достоинствами:
- возможностью оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона;
- достоверностью и точностью полученных данных, обеспечиваемой идентичностью исполнения приемных каналов, использованием двухканального синхронного АЦП и ЭВМ.
- достаточно высокой скоростью обработки данных, которая обеспечивается использованием соответствующего АЦП и ЭВМ с пакетом прикладных программ.
- общенаучной значимостью данных о пространственно-корреляционных свойствах электромагнитных сигналов декаметрового диапазона, которые в перспективе позволят разработать новые радиолокационные станции с
применением корреляционных методов обработки радиосигналов для обнаружения малошумящих надводных и воздушных объектов.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как для его реализации используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной технике.