СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ
METHOD OF CONTROLLING MOVEMENT OF VESSELS

Предлагаемые способ и устройство относятся к области радиолокации, в частности к области радиолокационных систем активного запроса-ответа (САЗО), и могут быть использованы для управления движением судов как надводных, так и воздушных в сложных метеоусловиях вплоть до полного отсутствия видимости.
Известны способы и устройства управления движением судов (авт. свид. СССР №№460535, 893672, 979204, 1150155, 1654143; патенты РФ №№2052838, 2075763, 2155142, 2043943, 2150409; патент США №3927635; патент Великобритании №1068474; Коновалов В.В. и др. Судовые радионавигационные приборы. М.: Транспорт, 1981, с.156-170; Жерлаков А.В. и др. Радионавигационные системы предупреждения столкновения судов. Л.: Судостроение, 1984, с.186-190 и другие).
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым выбраны «Способ выработки навигационно-пилотажной информации для судов и ответчик» (патент РФ №2075763, G01S 13/75, 1993), которые и выбраны в качестве прототипов.
По известному способу осуществляют радиолокационный обзор с использованием САЗО с передачей части навигационно-пилотажной информации по этому каналу, принимают в ответчике запросный сигнал на две антенны, разнесенные вдоль оси судна, излучают ответный сигнал через первую и вторую антенны с задержками А и А+В соответственно, для чего используют ответчик, содержащий передатчик, два приемника, две антенны, два циркулятора, два дешифратора, коммутатор, шифратор и блок обработки.
1
2
Технической задачей изобретения является повышение точности сопровождения судов пунктами управления движением и повышение эффективности управления судами в сложных метеоусловиях для предупреждения столкновений путем использования двух частот ω, ω, сложных сигналов с фазовой манипуляцией и корреляционной их обработки.
с
1
пр1
Поставленная задача решается тем, что способ управления движением судов, в котором, в соответствии с ближайшим аналогом, осуществляют радиолокационный обзор с использованием канала системы активного запроса-ответа с передачей части навигационно-пилотажной информации по этому каналу, принимают в ответчике запросный сигнал на две антенны, разнесенные вдоль оси судна на расстояние С, излучают ответный сигнал через первую антенну с задержкой А относительно момента обнаружения запросного сигнала в этой антенне, излучают ответный сигнал через вторую антенну с задержкой А+В относительно момента обнаружения запросного сигнала во второй антенне, уменьшают в запросчике значение дальности принятых ответных сигналов из второй антенны на величину В, выраженную в единицах дальности, и дают им признаки второй антенны, отличается от ближайшего аналога тем, что на пункте управления движением формируют высокочастотное колебание на частоте ω, манипулируют его по фазе модулирующим кодом M(t), содержащим идентификационный номер управляемого судна и часть навигационно-пилотажной информации, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты ω, равный сумме частот
пр1
с
г1
г1
1
пр1
пр2
пр2
1
г1
г1
пр3
пр3
г2
пр2
г2
пр3
1
с
2
с
пр3
пр3
г2
с
г2
2
пр3
пр2
пр2
г2
2
г2
1
2
с
пр2
1
2
г1
г2
г2
г1
пр2
ω=ω+ω, где ω - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности и излучают в направлении управляемого судна на частоте ω=ω, принимаемый в ответчике сложный сигнал с фазовой манипуляцией в каждом приемнике преобразуют по частоте с использованием третьего гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω, равной разности частот ω=ω-ω, где ω - частота третьего гетеродина, перемножают его с напряжением четвертого гетеродина, выделяют напряжение третьей промежуточной частоты ω, равной разности частот ω=ω-ω, где ω - частота четвертого гетеродина, осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией на третьей промежуточной частоте ω с использованием напряжения третьего гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют аналог модулирующего кода M(t), дешифруют его, используя идентификационный номер управляемого судна, и осуществляют обнаружение координатной части запросного сигнала, определение режима запроса, наличие и вида информационной части запросного сигнала, формируют высокочастотное колебание на частоте ω и модулирующий ответный код M(t), содержащий идентификационный номер управляемого судна, манипулируют им по фазе высокочастотное колебание на частоте ω, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием четвертого гетеродина, выделяют напряжение третьей промежуточной частоты ω, равной разности частот, ω=ω-ω, где ω - частота четвертого гетеродина, усиливают его по мощности и излучают в эфир на частоте ω=ω через первую антенну и с задержкой В через вторую антенну, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией на пункте управления движением на две антенны, разнесенные в пространстве на расстояние d, усиливают его по мощности в первом и втором приемниках, преобразуют по частоте с использованием второго гетеродина, выделяют напряжения второй промежуточной частоты ω, равный разности частот ω=ω-ω, где ω - частота второго гетеродина, сравнивают их по фазе и последовательно определяют азимуты β и β на первую и вторую антенны управляемого судна соответственно, напряжение второй промежуточной частоты первого приемника перемножают с зондирующим сложным сигналом с фазовой манипуляции на частоте ω=ω, который пропускают предварительно через блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ), поддерживают ее максимальное значение путем изменения времени задержки блока регулируемой задержки, по значениям которого последовательно определяют расстояния R и R до первой и второй антенн управляемого судна соответственно, при этом частоты ω и ω гетеродинов разносят на значение второй промежуточной частоты ω-ω=ω.
Поставленная задача решается тем, что устройство управления движением судов, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, пункт управления и ответчик, установленный на управляемом судне и содержащий последовательно включенные первую антенну, первый циркулятор, первый приемник, первый дешифратор, блок обработки, шифратор, передатчик и коммутатор, управляющий вход которого соединен с вторым выходом шифратора, а первый выход подключен к второму входу первого циркулятора, последовательно включенные вторую антенну, второй циркулятор, второй вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, второй приемник и второй дешифратор, два выхода которого подключены к блоку обработки, отличается от ближайшего аналога тем, что пункт управления выполнен в виде последовательно включенных первого задающего генератора, первого фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, третьего дуплексера, вход-выход которого связан с третьей антенной с узкой диаграммой направленности, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первого усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом первого фазового манипулятора, фильтра нижних частот, экстремального регулятора, блока регулируемой задержки, индикатора дальности, компьютера и монитора, последовательно включенных четвертой антенны, третьего усилителя мощности, третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второго усилителя второй промежуточной частоты и фазометра, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к компьютеру, первый приемник ответчика выполнен в виде последовательно подключенных к выходу первого дуплексера четвертого усилителя мощности, четвертого смесителя, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, третьего усилителя второй промежуточной частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, первого полосового фильтра и первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, а выход подключен к входу первого дешифратора, второй приемник ответчика выполнен в виде последовательно подключенных к выходу второго дуплексера пятого усилителя мощности, пятого смесителя, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, четвертого усилителя второй промежуточной частоты, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второго полосового фильтра и второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, а выход подключен к входу второго дешифратора, передатчик выполнен в виде последовательно подключенных к выходу шифратора второго фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом второго задающего генератора, шестого смесителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, усилителя третьей промежуточной частоты и шестого усилителя мощности, выход которого подключен к первому входу коммутатора.
Взаимное расположение пункта управления и управляемого судна 30 схематически показано на фиг.1. Структурная схема пункта управления представлена на фиг.2. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, показана на фиг.3. Структурная схема ответчика представлена на фиг.4 и 6. Функциональная схема блока обработки ответчика изображена на фиг.5.
Пункт управления содержит последовательно включенные первый задающий генератор 31, первый фазовый манипулятор 33, второй вход которого соединен с выходом генератора 32 псевдослучайной последовательности (ПСП), первый смеситель 35, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 34, усилитель 36 первой промежуточной частоты, первый усилитель 37 мощности. Первый дуплексер 38, вход-выход которого связан с третьей антенной 28, второй усилитель 39 мощности, второй смеситель 41, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 40, первый усилитель 42 второй промежуточной частоты, первый перемножитель 44, второй вход которого через блок 47 регулируемой задержки соединен с выходом первого фазового манипулятора 33, фильтр 45 нижних частот, экстремальный регулятор 46, блок 47 регулируемой задержки, индикатор 48 дальности, компьютер 53 и монитор 54, последовательно включенные четвертую антенну 29, третий усилитель 49 мощности, третий смеситель 50, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 40, второй усилитель 51 второй промежуточной частоты и фазометр 52, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 42 второй промежуточной частоты, а выход подключен к компьютеру 53. Перемножитель 44, фильтр 45 нижних частот, экстремальный регулятор 46 и блок 47 регулируемой задержки образуют коррелятор 43. Усилитель 49 мощности, смеситель 50 и усилитель 51 второй промежуточной частоты образуют приемник 27. Все остальные блоки образуют приемопередатчик 26.
Ответчик содержит последовательно включенные первую антенну 1, первый дуплексер 3, четвертый усилитель 55 мощности, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 57, третий усилитель 60 второй промежуточной частоты, второй перемножитель 62, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 70, первый полосовой фильтр 64, первый фазовый детектор 66, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 57, первый дешифратор 7, блок 9 обработки, шифратор 10, второй фазовый манипулятор 69, второй вход которого соединен с выходом второго задающего генератора 68, шестой смеситель 71, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 70, усилитель 72 третьей промежуточной частоты, шестой усилитель 73 мощности, коммутатор 12, второй дуплексер 4, вход-выход которого связан со второй антенный 2, пятый усилитель 56 мощности, пятый смеситель 59, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 57, четвертый усилитель 61 второй промежуточной частоты, третий перемножитель 63, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 70, второй полосовой фильтр 65, второй фазовый детектор 67, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 57, и дешифратор 8, выходы которого подключены к блоку 9 обработки, Усилитель 55 (56)мощности, смеситель 58 (59), гетеродин 57, усилитель 60 (61) второй промежуточной частоты, перемножитель 62 (63), полосовой фильтр 64 (65) и фазовый детектор 66 (67) образуют первый (второй) приемник 5 (6).
На фиг.5 изображена функциональная схема блока обработки ответчика, в котором измеряется разность прихода запросных сигналов на первую 1 и вторую 2 антенны во временном окне, равном 2С, выраженном во времени, для частного случая, когда n=3, где 13 и 14 первый и второй переключатели соответственно, 15 - счетчик времени, 16 и 17 - первая и вторая группы из n последовательно соединенных регистров соответственно, 18 и 22 - первая и вторая группы из n устройств совпадений соответственно, 19 - многоразрядные переключатели, 20 - матрица из n×n сумматоров, 21 и 23 - первый и второй блоки задержки соответственно.
На фиг.6 изображена функциональная схема ответчика, обеспечивающего направленное излучение ответных сигналов, где цифрами 1-12 обозначены те же элементы, что и на фиг.4, а 24 и 25 - первый и второй блоки формирования и управления ДН соответственно.
г1
г2
Следует отметить, что частоты первого 34 и третьего 57 гетеродинов выбираются равными ω, a частоты второго 40 и четвертого 70 гетеродинов выбираются равными ω.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
На пункте контроля задающим генератором 31 формируется гармоническое колебание
c1
с1
c
c1
c1
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0≤t≤T,
c1
с
c1
c1
где υ, ω, φ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания,
1
1
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 33, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода генератора 32 псевдослучайной последовательности (ПСП). Модулирующий код M(t) содержит идентификационный номер управляемого судна 30 и часть навигационно-пилотажной информации. На выходе фазового манипулятора 33 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
1
c1
c
k1
c1
c1
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k1
1
k1
где φ(t)={0, π} - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t)=const
э
э
э
1
при k·τ<t<(k+1)·τ и может изменяться скачком при t=k·τ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);
э
1
c1
c1
э
1
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T(T=τ·N),
который поступает на первый вход смесителя 35, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34
г1
г1
г1
г1
U(t)=υ·Cos(ωt+φ).
На выходе смесителя 35 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 36 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты
пр1
пр1
пр1
k1
пр1
c1
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
пр1
с1
г1
где υ=1/2·υ·υ;
пр1
с
г1
ω=ω+ω - первая промежуточная (суммарная) частота;
пр1
с1
г
φ=φ+φ.
1
пр1
г1
Это напряжение после усиления в усилителе 37 мощности через дуплексер 38 поступает в антенну 28 с узкой диаграммой направленности и излучается ею в направление управляемого судна 30 на частоте ω=ω. Указанный сигнал принимается антеннами 1 и 2 управляемого судна 30 и через дуплексеры 3 и 4, усилители 55 и 56 мощности поступает на первый вход смесителей 58 и 59. На второй вход смесителей 58 и 59 подается напряжение U(t) гетеродина 57. На выходе смесителя 58 (59) образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 60 (61) выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
пр2
пр2
пр2
k1
пр2
·
U(t)=υCos[ωt+φ(t)+φ],
пр2
пр1
г1
где υ=1/2·υ·υ;
пр2
1
г1
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота (фиг.3);
пр2
пр1
г1
φ=φ-φ,
которое поступает на первый вход перемножителя 62 (63). На второй вход перемножителя 62 (63) подается напряжение гетеродина 70
г2
г2
г2
г2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ).
На выходе перемножителя 62 (63) образуется напряжение
2
2
г1
k1
г1
c1
U(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
2
пр2
г2
·
·
где υ=1/2υυ;
г1
которое выделяется полосовым фильтром 64 (65) и поступает на первый вход фазового детектора 66 (67), на второй (опорный) вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 57. На выходе фазового детектора 66 (67) образуется низкочастотное напряжение
н1
н1
k1
c1
U(t)=υ·Cosφ(t), 0≤t≤T,
н1
2
г1
где υ=1/2·υ·υ;
1
пропорциональное модулирующему коду M(t).
Эти напряжения с выходов приемников 5, 6 (фазовых детекторов 66, 67) поступают на входы дешифраторов 7, 8 соответственно, где осуществляется обнаружение координатной части запросного сигнала, определение режима запроса, наличия и вида информационной части запросного сигнала.
2
По сигналу обнаружения координатной части запросного сигнала в первом дешифраторе 7, поступающему с выхода дешифратора, в блоке 9 обработки фиксируется текущее время и через интервал времени А выдается сигнал в дешифратор 10, содержащий информацию о виде режима запроса и информационной части запросного сигнала. На основании этой информации в шифраторе 10 производится формирование кода M(t) ответного сигнала, которое содержит идентификационный номер управляемого судна 30.
Задающим генератором 68 формируется гармоническое колебание
c2
с2
с
с2
с2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0≤t≤T,
2
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 69, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода шифратора 10. На выходе фазового манипулятора 69 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
3
c2
c
k2
с2
c2
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
г2
который поступает на первый вход смсесителя 71, на второй вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 70. На выходе смесителя 71 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 72 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
пр3
пр3
пр3
k2
с2
с2
U(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
пр3
с2
г2
где υ=1/2·υ·υ.
2
пр3
пр3
2
Это напряжение после усиления в усилителе 73 мощности через коммутатор 12 и дуплексер 3 поступает в антенну 1 и излучается на частоте ω=ω в пространство, определяемое ее диаграммой направленности (ДН). Одновременно с второго выхода шифратора 10 на управляющий вход коммутатора 12 поступает сигнал, переключающий выход коммутатора 12 на вход первого циркулятора 3. Сложный ФМн-сигнал U(t) на частоте ω принимается антеннами 28 и 29 пункта управления:
4
4
2
k2
1
U(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ],
5
5
2
k2
2
c2
U(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
г2
которые через дуплексер 38 и усилители 39 и 49 мощности соответственно поступают на первые входы смесителей 41 и 50, на вторые входы которых подается напряжение U(t) гетеродина 40. На выходе смесителей 41 и 50 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42 и 51 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:
пр4
пр4
пр2
k2
пр4
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ],
пр5
пр5
пр2
k2
пр5
с2
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
пр4
4
г2
·
·
где υ=1/2υυ;
пр5
5
г2
·
·
υ=1/2υυ;
пр2
г2
2
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр4
г2
1
φ=φ-φ;
пр5
г2
2
φ=φ-φ.
пр4
1
1
Напряжение U(t) с выхода усилителя 42 второй промежуточной частоты поступает на первый вход перемножителя 44, на второй вход которого через блок 47 регулируемой задержки подается зондирующий сигнал U(t) с выхода фазового манипулятора 33. Фильтром 45 нижних частот выделяется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Экстремальный регулятор 47 изменяет время задержки τ блока 47 временной задержки таким образом, чтобы поддерживалась максимальной корреляционная функция R(τ). При этом индикатор дальности 48 фиксирует расстояние R, до первой приемной антенны 1, которое поступает в компьютер 53.
пр4
пр5
Напряжения U(t) и U(t) с выходов усилителей 42 и 51 промежуточной частоты поступают на два входа фазометра 52, который определяет следующую разность фаз:
1
пр5
пр4
2
1
1
Δφ=φ-φ=φ-φ=2π·d/λ·Cosβ,
где d - измерительная база (расстояние между антеннами 28 и 29);
λ - длина волны;
β1 - азимут первой антенны 1.
1
1
1
Измеренная разность фаз Δφ поступает в компьютер 53. Измеренные значения R и β могут визуально наблюдаться на экране монитора 54.
Аналогично по сигналу обнаружения координатной части запросного сигнала во втором дешифраторе 8 в блоке 9 обработки фиксируется текущее время и через интервал А+В выдается сигнал в шифратор 10, где производится формирование кода ответного сигнала, аналогичного предыдущему либо отличающегося от него, например, за счет наличия признака второй антенны. На основании этой информации в шифраторе 10 производится формирование кода ответного сигнала для второй антенны, в соответствии с которым в передатчике 11 формируется сложный ФМн-сигнал. Одновременно с второго выхода шифратора 10 на управляющий вход коммутатора 12 поступает сигнал, переключающий выход коммутатора 12 на вход второго циркулятора 4.
Таким образом, этот сигнал с выхода передатчика 11 поступает во вторую антенну 2 и излучается в пространство, определяемое ее ДН.
см
см
Для исключения взаимовлияния сигналов, излучаемых первой 1 и второй 2 антеннами ответчика, целесообразно установить величину А большей или равной максимально возможному в данной САЗО значению расстояния между антеннами ответчика С, выраженному во времени t, а величину В большей или равной Д+t, где Д - максимальная длительность ответного сигнала. В этом случае ответный сигнал из второй антенны на один и тот же запрос будет приниматься запросчиком после окончания приема сигнала из первой независимо от ракурса и размера судна.
2
2
Аналогично определяются R и β.
В запросчике фиксируется время приема первого ответного сигнала относительно ответного сигнала, следующего за первым с задержкой в пределах от А до (А+В), и из этого времени вычитают значение В. Полученные величины определяют дальности первой и второй антенн ответчика соответственно.
Ответный сигнал, принимаемый с задержкой, большей чем А+В, относительно первого, классифицируется как первый ответный сигнал ответчика другого судна, хотя это может быть и второй ответный сигнал другого судна, если оно близко расположено к первому. В последнем случае первый ответный сигнал второго судна оказался заблокированным ответным сигналом первого судна и, следовательно, на выходе приемника запросчика не будет пары ответных сигналов, удовлетворяющих вышеприведенному требованию по задержке, и этот сигнал не получит признака номера антенны.
1
2
1
2
Измеренные дальности R, R и азимуты β, β первый 1 и второй 2 антенн ответчика определяют направление оси контролируемого судна 30.
1
2
1
2
Измеренные значения R, R, β, β используются для расчета в компьютере 53 координат антенн 1 и 2 ответчика в прямоугольной системе координат:
1
1
1
X=R·Sinβ;
1
1
1
Y=R·Cosβ;
2
2
2
X=R·Sinβ;
2
2
2
Y=R·Cosβ;
и определения курса управляемого судна по формулам:
где
в режиме работы САЗО без передачи информации о значении С и
в режиме работы САЗО с передачей информации о С.
С целью дальнейшего повышения точности измерения координат и курсов судов, измеряют в ответчике разности времен прихода запросных сигналов в первую 1 и вторую 2 антенны во временном окне, равном или большем 2С, выраженном во времени, относительно каждого запросного сигнала, обнаруженного в первой антенне, и передают в ответном сигнале значения полученных разностей прихода запросных сигналов в первую и вторую антенны ΔR, а также значение С, выраженное во времени, или пеленги на запросчики, для чего в ответчике блок 9 обработки содержит первый 13 и второй 14 переключатели, счетчик 15 времени, первую 16 и вторую 17 группы из n последовательно соединенных регистров соответственно, первую 18 и вторую 22 группы из n устройств совпадения соответственно, многоразрядные переключатели 19, матрицу 20 из n×n сумматоров, первый 21 и второй 23 блоки задержки соответственно.
На сигнальные входы переключателей 13, 14 поступает сигнал текущего времени с первого выхода счетчика 15 времени. В момент обнаружения координатной части запросного сигнала текущее значение времени фиксируется в первых регистрах первой 16 и второй 17 групп многоразрядных регистров с параллельной записью информации соответственно, одновременно в этих регистрах фиксируются сигналы, содержащие информационную часть запросного сигнала, поступающие на вторые входы первых регистров первой и второй групп соответственно, являющиеся вторым и четвертым входами блока обработки соответственно.
При поступлении нового сигнала на вход первого регистра первый 16 или второй 17 групп его содержимое переписывается во второй регистр и так далее. При поступлении нового сигнала в последний n-й регистр данной группы содержащаяся в нем ранее информация стирается.
c
c
c
c
i
i
c
i
c
i
Сигнал текущего времени, уменьшенного на величину t, (t-t), где t выраженное во времени значение С, с второго выхода счетчика 15 времени поступает на первые входы всех устройств совпадений (УС) первой группы 18, где сравнивается с сигналами текущего времени, записанными в регистрах первой группы, поступающими на вторые входы соответствующих УС. В момент совпадения (t-t) с содержащимся в i-ом регистре значением текущего времени t содержимое i-го регистра первой группы поступает через УС в i-ый многоразрядный переключатель 19, который выдает на выход сигналы разности i-го столбца матрицы 20 сумматоров n×n - разности времен прихода всех запросных сигналов, поступивших во вторую антенну во временном интервале (t-t)-(t+t), относительно сигнала, записанного в i-ом регистре первой группы, пришедшего в первую антенну в момент времени t.
i
Таким образом, содержимое i-го регистра первой группы и значения разностей времен прихода запросных сигналов во вторую антенну относительно t передаются через первый блок 21 задержки, дополняющий задержку относительно момента обнаружения запросного сигнала в первой антенне до величины А, и поступает на первый вход шифратора 10 для дальнейшего формирования ответного сигнала, излучаемого через первую антенну.
c
i
c
i
c
j
Сигнал текущего времени, уменьшенного на величину 2t, (t-2t) с третьего выхода счетчика 15 времени поступает на первые входы всех устройств совпадений второй группы 22, где сравнивается с сигналами текущего времени, записанными в регистрах второй группы 17, поступающими на вторые входы соответствующих УС. В момент совпадения (t-2t) с содержащимся в j-ом регистре значением текущего времени t содержимое j-го регистра поступает через i-ый УС и второй блок 23 задержки, дополняющий задержку относительно момента обнаружения запросного сигнала во второй антенне до величины А+В, на второй вход шифратора 10 для дальнейшего формирования ответного сигнала, излучаемого через вторую антенну.
i
c
i
c
Таким образом, ответный сигнал из второй антенны передается на самый первый запросный сигнал, пришедший в эту антенну в интервал времени (t-t)-(t+t). В момент совпадения значений времени в УС как первый, так и второй групп из них выдается на третий вход соответствующего регистра сигнал стирания его содержимого.
Следует отметить, что в данном ответчике в ответном сигнале передаются только разности времен прихода запросных сигналов во вторую антенну относительно одного запросного сигнала из числа сигналов, записанных в другие регистры первой группы, могут быть не переданными вследствие бланкирования ответом на более ранний запрос.
i
c
i
c
1
2
Если во вторую антенну ответчика первым пришел запросный сигнал другого запросчика во временном интервале (t-t)-(t+t) относительно времени прихода запросного сигнала от данного запросчика в первую антенну, то задержка ответного сигнала из второй антенны не будет соответствовать истинной задержке. Выбор истинной задержки из числа значений, содержащихся в ответном сигнале, осуществляется путем использования информации о С, содержащейся в том же ответном сигнале, и измеренных в запросчике значениях β и β.
Очевидно, что указанные выше операции упрощаются, если в запросном сигнале передается признак запросчика, установленный постоянно для каждого запросчика. В этом случае исключается передача в ответном сигнале ложных разностей времен прихода.
На фиг.6 изображена функциональная схема ответчика, обеспечивающего направленное излучение ответных сигналов, где цифрами 1-12 обозначены те же элементы, что и на фиг.4, а 24 и 25 - первый и второй блоки формирования и управления ДН соответственно.
1
2
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение точности сопровождение судов пунктами управления движением и повышение эффективности управления судами в сложных метеоусловиях для предупреждения столкновений. Это достигается установлением между запросчиком и ответчиком дуплексной радиосвязи на двух частотах ω и ω с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией и корреляционной их обработки.
1
2
Использование двух частот ω и ω обеспечивает частотную развязку между передатчиками и приемниками.
1
2
1
2
Корреляционная функция сложных ФМн-сигналов обладает замечательным свойством: она имеет относительно высокий основной лепесток и низкий уровень боковых лепестков, что позволяет с высокой точностью измерять задержки τ и τ, а следовательно, и расстояния R и R от запросчика до первой и второй антенн ответчика соответственно.
1
2
1
2
Азимуты β и β определяются фазовым методом пеленгации, которому свойственно противоречие между точностью и неоднозначностью пеленгации источника излучения сигналов. В предлагаемых технических решениях точность измерения азимутов β и β достигается увеличением измерительной базы d, а возникающая при этом неоднозначность устраняется тем, что приемопередающая антенна 28 запросчика имеет сравнительно узкую диаграмму направленности и сопровождает управляемое судно 30 при его движении.
г1
Необходимым условием синхронного детектирования сложных ФМн-сигналов является наличие в точке приема опорного напряжения, имеющего те же частоты и постоянную начальную фазы. В предлагаемых технических решениях в качестве опорных напряжений используется напряжение U(t) третьего гетеродина 57.
Сложные ФМн-сигналы обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМ\н-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Сложные ФМн-сигналы позволяют применять эффективный вид селекции - структурную селекцию.