СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ И ПЕЛЕНГАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DIRECTION FINDING AND DIRECTION-FINDER FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемые технические решения относятся к радиоэлектронике и могут быть использованы для определения местоположения и движения источников излучения сложных сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).
Известны способы пеленгации и пеленгаторы для их осуществления (патенты РФ № 2003131, 2006872, 2010258, 2012010, 2134429, 2155352, 2175770, 2321015; Космические траекторные измерения. Под общей редакцией П.А.Агаджанова и др. М.: Сов. радио, 1969, с.244-245; Кинкулькин И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. М.: Сов. радио, 1979; Космические радиотехнические комплексы. Под редакцией С.И.Бычкова. М.: Сов. радио, 1967, с.134-137, рис.2.3.9, б и другие).
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ пеленгации и пеленгатор для его осуществления» (патент РФ № 2321015, 2006, G01S 3/46), которые и выбраны в качестве базовых объектов.
с
э
Известные технические решения обеспечивают определение местоположения источников излучения простых и сложных сигналов, но не позволяют определить местоположение источников излучения сложных сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). Перестройка рабочей частоты (скачок) может происходить в такой полосе частот Δf, которая включает в себя несколько частотных каналов. Каждый канал можно рассматривать как спектральную область с центральной частотой, значение которой является одной из возможных несущих частот в выделенном диапазоне. Каналы могут быть или смежными (соприкасающимися), или разнесенными друг от друга неиспользованными спектральными областями. На фиг.5 приведен фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с ППРЧ, где квадратами с наклонной штриховкой обозначены частотные каналы, занятые элементами сигнала. Временной интервал между переключениями частот называется длительностью частотного элемента (или периодом) и характеризует собой время работы на одной частоте τ. Сигнал изменяет несущую частоту от одного скачка к другому, сохраняя в то же время непрерывность фазы. Частотная манипуляция без разрыва фазы позволяет сформировать сигналы со сравнительно узкой шириной спектра.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства путем определения местоположения источника излучения сложных сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.
Поставленная задача решается тем, что способ пеленгации, основанный в соответствии с ближайшим аналогом на приеме сигналов на две антенны и их усилении, при этом одну из антенн вращают, диаграмму направленности вращающейся антенны выбирают в виде кардиоиды, вращают антенну с кардиоидной диаграммой направленности до совпадения направления нулевого приема с направлением на источник излучения полезных сигналов, делят продетектированное приемной аппаратурой с круговой диаграммой направленности напряжение на продетектированное приемной аппаратурой с кардиоидной диаграммой направленности напряжение, сравнивают напряжение, пропорциональное частному от деления, с пороговым напряжением, при превышении порогового напряжения, что соответствует совпадению направления нулевого приема с направлением на источник излучения полезных сигналов, формируют управляющий импульс, отличается от ближайшего аналога тем, что в качестве полезных сигналов используют сложные сигналы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, для поиска и обнаружения которых осуществляют синхронную перестройку приемников, сформированным управляющим импульсом разрешают измерение частоты и длительности элементарных радиоимпульсов, формируют частотно-временную матрицу, определяющую внутреннюю структуру принимаемого сложного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, сравнивают ее с априорно известной частотно-временной матрицей и при их равенстве прекращают вращение антенны с кардиоидной диаграммой направленности, синхронную перестройку приемников и фиксируют истинный пеленг на источник излучения полезных сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с априорно известной внутренней структурой.
Поставленная задача решается тем, что пеленгатор, содержащий в соответствии с ближайшим аналогом два приемника с антеннами, одна из которых выполнена вращающейся и связана через блок управления диаграммой направленности с мотором, последовательно подключенные к выходу вращающейся антенны блок управления диаграммой направленности, второй приемник, блок деления, второй вход которого через первый приемник соединен с выходом неподвижной антенны с круговой диаграммой направленности, пороговый блок, формирователь управляющего импульса, первый ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом первого приемника, и измеритель частоты, последовательно включенные блок памяти и блок сравнения кодов, выход которого подключен к управляющему входу мотора, последовательно подключенные к второму выходу блока управления диаграммой направленности второй ключ, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения кодов, и блок регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен третьим ключом, измерителем временных интервалов и формирователем частотно-временной матрицы, причем каждый приемник выполнен в виде последовательно включенных усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, полосового фильтра и амплитудного детектора, вход усилителя высокой частоты первого приемника соединен с выходом неподвижной антенны с круговой диаграммой направленности, вход усилителя высокой частоты второго приемника соединен с выходом блока управления диаграммой направленности, выходы амплитудных детекторов подключены к входам блока деления, вторым выходом первого приемника является выход полосового фильтра, который подключен к входу измерителя частоты, к выходу амплитудного детектора первого приемника последовательно подключены третий ключ, второй вход которого соединен с выходом формирователя управляющего импульса, измеритель временных интервалов и формирователь частотно-временной матрицы, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты, а выход подключен к второму входу блока сравнения кодов, управляющий вход генератора пилообразного напряжения соединен с выходом блока сравнения кодов.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Пеленгационные характеристики антенн и принцип определения местоположения источника излучения сложных сигналов с ППРЧ изображены на фиг.2-4. Фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с ППРЧ показан на фиг.5.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит последовательно включенные неподвижную антенну 1 с круговой диаграммой направленности, усилитель 4.1 высокой частоты, смеситель 4.2, второй вход которого через гетеродин 17 соединен с выходом генератора 16 пилообразного напряжения, полосовой фильтр 4.3, амплитудный детектор 4.4, блок 6 деления, пороговый блок 7, формирователь 8 управляющего импульса, первый ключ 9, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 4.3, измеритель 10 частоты, формирователь 20 частотно-временной матрицы, блок 12 сравнения кодов, мотор 13, блок 3 управления диаграммой направленности, второй вход которого соединен с выходом вращающейся антенны 2 с кардиоидной диаграммой направленности, усилитель 5.1 высокой частоты, смеситель 5.2, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 17, полосовой фильтр 5.3 и амплитудный детектор 5.4, выход которого соединен с вторым входом блока 6 деления. К выходу амплитудного детектора 4.4 последовательно подключены третий ключ 18, второй вход которого соединен с выходом формирователя 8 управляющего импульса, и измеритель 19 временных интервалов, выход которого соединен с вторым входом формирователя 20 частотно-временной матрицы. К второму выходу блока 3 управления диаграммой направленности последовательно подключены второй ключ 14, второй вход которого соединен с выходом блока 12 сравнения кодов, и блок 15 регистрации. Управляющий вход генератора пилообразного напряжения соединен с выходом блока 12 сравнения кодов.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Приемная антенна 1 неподвижна и имеет круговую диаграмму направленности, приемная антенна 2 вращается, связана через блок 3 управления диаграммой направленности (редуктор) с мотором 13 и имеет кардиоидную диаграмму направленности, которая образуется с помощью рамки и вертикального вибратора (фиг.2).
Каждый приемник 4 (5) состоит из последовательно включенных усилителя 4.1 (5.1) высокой частоты, смесителя 4.2 (5.2), второй вход которого через гетеродин 17 соединен с выходом генератора 16 пилообразного напряжения, полосового фильтра 4.3 (5.3) и амплитудного детектора 4.4 (5.4).
Амплитуда принимаемых сигналов на выходе приемника 4 не зависит от направления их прихода из-за круговой диаграммы направленности первой приемной антенны 1 (фиг.4). Амплитуда принимаемых сигналов на выходе приемника 5 зависит от направления их прихода из-за кардиоидной диаграммы направленности второй приемной антенны 2. Огибающие входных сигналов с выходов амплитудных детекторов 4.4 и 5.4 поступают на два входа блока 6 деления соответственно.
Для осуществления селекции полезных сигналов по направлению при помощи мотора 13 и блока 3 управления диаграммой направленности кардиоидную диаграмму направленности приемной антенны 2 вращают до совмещения нулевого провала с направлением прихода сигналов (фиг.4). Амплитуда сигналов с этого направления на выходе приемника 5 близка к нулю, поэтому на выходе блока 6 деления, осуществляющего деление амплитуды сигнала с выхода приемника 4 на амплитуду сигнала с выхода приемника 5, в этот момент времени напряжение будет максимальным.
Величину порога выбирают так, чтобы пороговый блок 7 сравнивал только от сигналов, приходящих с нулевого направления.
При срабатывании порогового блока 7 формирователь 8 вырабатывает управляющий импульс, который поступает на управляющие входы ключей 9 и 18, открывая их. В исходном состоянии ключи 9, 14 и 18 всегда закрыты.
с
Поиск сложных сигналов с ППРЧ в заданном диапазоне частот Δf осуществляется с помощью генератора 16 пилообразного напряжения, который по пилообразному закону изменяет частоту гетеродина 17.
э
э
Высокочастотный сигнал промежуточной частоты со второго выхода первого приемника 4 (с выхода полосового фильтра 4.3) через открытый ключ 9 поступает на вход измерителя 10 частоты. Последний обеспечивает последовательное измерение в цифровой форме частоты f элементарных радиоимпульсов. Длительности τ указанных радиоимпульсов с выхода амплитудного детектора 4.4 первого приемника 4 через открытый ключ 18 поступают на вход измерителя 19 временных интервалов. Коды измеренных частот и длительностей элементарных радиоимпульсов, порядок их следования поступают на входы формирователя 20 частотно-временной матрицы, где формируется частотно-временная матрица принимаемого сигнала с ППРЧ. Код указанной матрицы поступает на первый вход блока 12 сравнения кодов, на второй вход которого подается код априорно известной частотно-временной матрицы, предварительно записанный в блоке 11 памяти.
Если коды указанных частотно-временных матриц равны, то блок 12 сравнения кодов формирует управляющий импульс, который поступает на управляющий вход мотора 13, останавливая его, на управляющий вход генератора 16 пилообразного напряжения, останавливая его и прекращая синхронную перестройку приемников, и на управляющий вход ключа 14, открывая его.
p
При этом значение угловой координаты α, определяющее направление на источник излучения полезных сигналов с ППРЧ (истинный пеленг), через открытый ключ 14 поступает на вход блока 15 регистрации, где и фиксируется.
вых
Зависимость выходных напряжений U(α) приемников 4 и 5 от направления прихода электромагнитных волн представляет собой пеленгационные характеристики (фиг.3).
Приемная антенна 2 обладает высокой пеленгационной чувствительностью, которая представляет собой крутизну пеленгационной характеристики в направлении нулевого приема
,
но низким отношением сигнал/шум.
Совместное использование двух антенн 1 и 2 с круговой и кардиоидной диаграммами направленности устраняют этот недостаток, сохраняя достоинство.
Таким образом, предлагаемые технические решения по сравнению с базовыми объектами обеспечивают повышение достоверности приема и пеленгации сложных сигналов с ППРЧ с априорно известной частотно-временной матрицей. Тем самым функциональные возможности способа пеленгации и пеленгатора для его осуществления расширены.