Моделирование амплитудно-фазового метода обнаружения пеленгационного сигнала в аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторах

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4.

А-

УДК 681.322

Г.К. Асланов, А.Р.Тагилаев, Л.К. Мамедов МОДЕЛИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО МЕТОДА ОБНАРУЖЕНИЯ ПЕЛЕНГАЦИОННОГО СИГНАЛА В АЭРОДРОМНЫХ КВАЗИДОПЛЕРОВСКИХ АВТОМАТИЧЕСКИХ РАДИОПЕЛЕНГАТОРАХ

G.K.Aslanov, A.R. Tagilaev, L.K.Mamedov MODELING OF THE AMPLITUDE-PHASE METHOD OF DETECTING DIRECTION-FINDING SIGNAL IN THE AERODROME QUASIDOPPLER AUTOMATIC RADIO DIRECTION FINDER

Описывается оригинальный амплитудно-фазовый метод обнаружения пеленгационного сигнала. Приведены результаты моделирования, что подтверждает высокую достоверность обнаружения сигнала при наличии помех.

Ключевые слова: автоматический радиопеленгатор, пеленг, обнаружение сигнала.

Describes the original amplitude-phase detection method direction-finding signal. presents the results of simulation, which confirms the high reliability of detection of the signal in the presence of interference.

Key words: automatic finder, bearing, signal detection

Современный прогресс науки и техники тесно связан с разработкой и освоением теории и практики систем специального назначения. Одной из основных тенденций развития систем является постоянный рост их сложности, что обусловлено потребностью исследования все большего количества комплексных проблем различного характера и изучения всевозможных природных механизмов.

Обнаружение сигнала является одной из важных задач в работе автоматического радиопеленгатора (АРП), от реализации которой зависят такие характеристики, как дальность пеленгования и чувствительность [1]. При разработке АРП и их испытаниях появляется задача проведения анализа и сравнения различных вариантов реализации методов обнаружения пеленгационного сигнала. Проблема обнаружения сигналов движущихся целей при наличии на входе приемника пассивных помех осложнена тем, что мощность помех обычно значительно превышает мощность полезного сигнала. Помимо объектов, сигналы от которых содержат полезную информацию, в канале распространения могут содержаться источники излучения (естественные или организованные), искажающие пеленгационную информацию.

Анализ и сравнение различных методов обнаружения пеленгационного сигнала может быть выполнен методами натурного эксперимента, что является трудоемким, дорогостоящим и довольно длительным процессом. Обойти указанные выше трудности можно моделированием процессов обнаружения пеленгационного сигнала в АРП. Моделирование позволяет уменьшить затраты времени, и финансовых средств, а также обеспечить повторяемость результатов эксперимента (характеристики земной поверхности в районе размещения АРП, повторное нахождение воздушного судна в заданной точке пространства и с заданной ориентацией и т.д.).

В связи с выше изложенным, моделирование методов обнаружения пеленгационного сигнала в аэродромных квазидоплеровских АРП, является актуальной задачей.

В процессе проведенных расчетов, имитационного моделирования применялись специализированные пакеты программ MATLAB/Simulink. Разработка оригинальных

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4.

программных продуктов осуществлялась в средах C++ Builder 6.0 и С++. Для проверки работоспособности приведенных в работе моделей, алгоритмов и программ использовались методы натурного и полунатурного экспериментов. Экспериментальные исследования проводились также на находящихся в эксплуатации радиопеленгаторах.

АРП «Платан» был первым отечественным радиопеленгатором, в котором обнаружение пеленгационного сигнала реализовано программными средствами. Обнаружение пеленгационного сигнала в АРП «Платан» осуществляется по четырем основным критериям: по стабильности фаз сигналов с вибраторов АС, по амплитуде восстановленной фазовой огибающей сигнала частоты 43,4 Гц, по близости формы огибающей к синусоиде и устойчивости значения пеленга.

Предлагается оригинальный метод амплитудно-фазового обнаружения пеленгационного сигнала, суть которого заключается в том, что сигнал на выходе радиоприемного устройства квазидоплеровского АРП описывается выражением

e(t) = A cos

2mR

cot н--cos Р sin -(k — 1) — в

при этом k=i если

2m

N

Л

^ N

2m I

2m

N

\

,2т

~N '

где А - амплитуда пеленгуемого сигнала;

к - номер временного интервала, коммутации г -го элемента антенной решетки; г - целое число из циклически изменяющегося ряда чисел от 1 до N. При этом, в случае присутствия отражающих предметов, к основному сигналу на вибраторе добавляются отраженные сигналы, которые будут складываться векторно с основным сигналом:

<

e(t) = e^t) + e2(t), где

e (t) = A cos

2т (i — 1) 2mR

N

+ -

Л

cos Д sin

2m

e2 (t) = * A cos

v N

2m (i — 1) 2mR _ . f —1-- н--cos Р sin

N Л 2

— в1

2m

N 2

где А1 ~ соответственно, амплитуда прямого сигнала; К0 - коэффициент отражения местного предмета;

вх,Рх, в2,Р2 - соответственно, азимут и угол места прямого и отраженного сигналов;

е() и е2(^ - соответственно, прямой и отраженный сигналы. Если сформировать опорный сигнал вида:

eon(t) = ^Az cos

2m(i — 1) 2mR (.оЛ .(2m(k — 1) . . л v  +-cosyAfij jsinl—--- —Авт

N

Л

V N

где m - номер шага сканирования по пеленгу, j - номер шага сканирования по углу места, z - номер шага сканирования по амплитуде,

АА, АР и Ав - соответственно, шаг сканирования по амплитуде, углу места и

пеленгу, и сканировать его, то при Авт равном в1 и в2 будут наблюдаться максимумы диаграммы направленности,

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4.

А-

Значениям Авп и АД равным в], Д и в2, Д2 будут соответствовать азимуты и углы места на источники полезного и отраженного сигналов.

Для подавления боковых составляющих, кривая диаграммы направленности АС возводится в квадрат:

8ыш[г]Ц][ш] = 4)* еоп(г)} .

На рисунке 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый метод амплитудно-фазового обнаружения пеленгационного сигнала.

Здесь, функциональные узлы, названия которых набраны курсивом, могут быть реализованы программными методами на микропроцессорном устройстве.

Рис. 1. Структурная схема тракта амплитудно-фазового обнаружения

пеленгационного сигнала

Обнаружитель выставляет гипотезу «НАЛИЧИЕ ПЕЛЕНГА» при превышении максимумов диаграмм направленности прямого или отраженного сигналов уровня заданного порога.

Одновременное сканирование по фазе, углу места и амплитуде требует значительных временных затрат, что приводит к уменьшению быстродействия АРП. В связи с этим, достаточно сканировать опорный сигнал по фазе и углу места. Это приводит к несовпадению местоположения вершин диаграммы направленности с азимутом в1 и в2. Качественная же картина при этом сохраняется. На рис. 2 и 3 приведены результаты моделирования обнаружителей сигналов, реализованных на фазовом принципе формирования диаграммы направленности.

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4. -\-

ВщпД

Полезный сигнал

РадиусАР Длина волны Угол места Фаза

Амплитща

1,6

1,3

Отраженный сигнал Опорный сигнал

КшФ, отражения

120

Девиация= 5,32333773754633

0,5

Порог I™™ Г Отобразить lms_1,lrris_2 и fmsj

Амгшща

Рис. 2. Пример обнаружения пеленгационного сигнала, реализованного на фазовом принципе формирования диаграммы направленности (при амплитуде полезного сигнала 0.4 единицы, пеленге на источник излучения 600, коэффициент отражения местного предмета 0.5, пеленге на источник отраженного сигнала 1200, девиации сигналов 5.9, заданный пороге 160000 единиц).

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 20114.

Полезный сигнал

Радиус АР Длина волны Угол места Фаза

Амплища

Отраженный сигнал Опорный сигнал

Фаза КозФ. отражения

120

Девиация= 5,32333773754633

Порог

Г Отобразить (пв_1, 1л15_2 и 1гге_3

Посчитать

Амплигща

Рис. 3. Пример обнаружения пеленгационного сигнала, реализованного на фазовом принципе формирования диаграммы направленности (при амплитуде полезного сигнала 0.4 единицы, пеленге на источник излучения 600, коэффициенте отражения местного предмета 1.0, пеленге на источник отраженного сигнала 1200, девиации сигналов 5.9, заданном пороге 160000 единиц).

Реализация обнаружителя пеленгационного сигнала на амплитудно-фазовом или на чисто фазовом принципе повышает достоверность обнаружения пеленга даже при сильных помехах.

Так как одновременное сканирование по фазе, углу места и амплитуде требует значительных временных затрат, что приводит к уменьшению быстродействия АРП, достаточно сканировать опорный сигнал по фазе и углу места.

Библиографический список

1. Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. Москва, Радио и связь, 1997 г.

2. Иголкин Ю.М., Петров Е.М. Автоматический радиопеленгатор АРП-75. Учебное пособие для вузов гражданской авиации. РИО РКНИГА, Рига 1985 г.