УСТРОЙСТВО ПОИСКА ЗАБРАСЫВАЕМЫХ ПЕРЕДАТЧИКОВ ПОМЕХ
DEVICE FOR SEARCHING FOR THROWN INTERFERENCE TRANSMITTERS

Устройство поиска забрасываемых передатчиков помех (ЗПП) относится к области радиотехники и, конкретно, к системам пассивной радиолокации и предназначено для оперативного поиска ЗПП, находящихся в зоне Френеля, и создающих активную шумовую помеху работе радиоэлектронных средств (РЭС).
Известны устройства измерения координат объектов, являющихся источниками радиоволн. Среди них наиболее широкое применение получили устройства, основанные на использовании триангуляционного, угломерно-разностно-дальномерного и разностно-дальномерного способов измерения координат.
Недостатками систем определения местоположения радиоизлучающих объектов, использующих данные способы, являются:
неоднозначное определение местоположения радиоизлучающих объектов, если их число больше одного;
необходимость использования остронаправленных антенн, имеющих сравнительно большие размеры и требующие строгой ориентации в пространстве;
необходимость одновременной пеленгации источников радиоизлучения из нескольких (более двух) точек пространства.
Известно устройство, представляющее собой пассивную радиолокационную корреляционно-базовую систему с многоканальным коррелятором [1 с. 500].
Работа известного устройства происходит следующим образом.
Устройство состоит из двух приемных пунктов, соединенных линией связи. Каждый приемный пункт имеет приемную антенну, соединенную с входом локационного приемника. Сигнал с выхода второго приемного пункта по линии связи передается в первый приемный пункт, где подается на первый вход многоканального коррелятора. На второй вход многоканального коррелятора подается сигнал с выхода локационного приемника первого приемного пункта. Максимальное корреляционное напряжение сигнала будет на выходе коррелятора, соответствующего измеряемой разности времен приема сигнала приемными пунктами. Для реализации разностно-дальномерной системы требуется три неподвижных приемных пункта. Измеренная парой приемных пунктов разность времен приема сигналов соответствует одному гиперболическому пеленгу. Таким образом, точка пересечения двух гиперболических пеленгов определяет местоположение источника радиоизлучения на плоскости.
При наличии нескольких источников радиосигналов, излучающих на одной частоте, число точек пересечения гиперболических пеленгов превысит число источников радиоизлучений, что приведет к появлению ложных координат источников.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано рассмотренное устройство [1 с. 500].
Техническими результатами изобретения являются:
снижение времени установления местоположения каждого из нескольких ЗПП;
однозначное определение местоположения каждого из нескольких ЗПП работающих на одной частоте;
обнаружение ЗПП на фоне импульсных сигналов РЭС.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в устройство поиска забрасываемых передатчиков помех, содержащее два приемных пункта, каждый из которых содержит приемную антенну с подключенным к ней локационным приемником, второй приемный пункт содержит передатчик линии связи, вход которого соединен с выходом локационного приемника того же пункта, первый приемный пункт содержит приемник линии связи и коррелятор, дополнительно введены в первый приемный пункт двухканальный АЦП, блок сопряжения с планшетным компьютером (БСПК), приемник сигналов спутниковой радионавигационной системы (СРНС), двухканальный блок бланкирования мощных импульсов (ББМИ), блок порогового сравнения (БПС), вычислитель гиперболических пеленгов (ВГП) и блок индикации, причем первый вход двухканального АЦП соединен с выходом приемника линии связи, а второй с выходом локационного приемника первого приемного пункта, выходы двухканального АЦП соединены с входами БСПК, выход которого соединен с программно реализованными последовательно соединенными двухканальным ББМИ, коррелятором, БПС, ВГП и блоком индикации, приемник сигналов СРНС соединен с ВГП и блоком индикации, во второй приемный пункт введены антенна передатчика линии связи и передатчик линии связи.
Устройство поиска ЗИП применяется одним оператором. Оператором является пользователь, переносящий первый приемный пункт и передвигающийся на местности с целью определения координат ЗПП.
Первый приемный пункт является подвижным, второй - неподвижным.
Определение координат ЗПП производится разностно-дальномерным методом [2]. На основе рассчитанной разности времен приема сигналов приемными пунктами вычисляются гиперболические пеленги, соответствующие возможному положению ЗПП. Построение дополнительных гиперболических пеленгов производится для других координат подвижного приемного пункта. Точка пересечения двух и более пеленгов позволяет установить местоположение ЗПП, в том числе относительно текущей позиции оператора. Координаты неподвижного и подвижного приемных пунктов определяются с помощью приемника сигналов СРНС. Для определения местоположения единичного ЗПП достаточно двух гиперболических пеленгов. Для определения местоположения каждого из нескольких ЗПП требуется большее количество гиперболических пеленгов.
Неподвижный приемный пункт, структурная схема которого приведена на фиг. 1, состоит из приемной антенны 1, локационного приемника 2 и передатчика линии связи 3. Локационный приемник состоит из последовательно соединенных полосового фильтра 4, усилителя радиосигнала 5, смесителя 6 с гетеродином 7 и полосового фильтра 8. Передатчик линии связи 3 подключен к антенне передатчика линии 9.
Подвижный приемный пункт, структурная схема которого приведена на фиг. 2, состоит из приемной антенны 10, локационного приемника 11, антенны приемника линии связи 12, приемника линии связи 13, двухканального АЦП 14, БСПК 15, планшетного компьютера 16 с встроенным приемником сигналов СРНС 17, а также последовательно соединенных двухканального ББМИ 18, коррелятора 19, БПС 20, ВГП 21 и блока индикации 22. Локационный приемник 11 состоит из последовательно соединенных полосового фильтра 23, усилителя радиосигнала 24, смесителя 25 с гетеродином 26 и полосового фильтра 27.
Неподвижный и подвижный приемные пункты имеют идентичные приемные антенны 1 и 10 и локационные приемники 2 и 11. Рабочая частота настройки и полоса пропускания локационных приемников соответствуют рабочей частоте и полосе пропускания приемника РЭС, которому ЗПП создают помеху. Вне зависимости от частотного диапазона поиска ЗПП, приемные антенны 1 и 10 используются ненаправленные, что обеспечивает прием сигналов со всех азимутальных направлений.
Линия связи является односторонней и состоит из передатчика линии связи 3 с антенной передатчика линии связи 9 и приемника линии связи 13 с антенной приемника линии связи 12.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг.1. Структурная схема неподвижного (второго) приемного пункта.
Цифрами обозначены:
1 - приемная антенна;
2 - локационный приемник;
3 - передатчик линии связи;
4 - полосовой фильтр;
5 - усилитель радиосигнала;
6 - смеситель;
7 - гетеродин;
8 - полосовой фильтр;
9 - антенна передатчика линии связи.
Фиг. 2. Структурная схема подвижного (первого) приемного пункта.
Цифрами обозначены:
10 - приемная антенна;
11 - локационный приемник;
12 - антенна приемника линии связи;
13 - приемник линии связи;
14 - двухканальный АЦП;
15 - блок сопряжения с планшетным компьютером (БСПК);
16 - планшетный компьютер;
17 - приемник сигналов СРНС;
18 - двухканальный блок бланкирования мощных импульсов (ББМИ);
19 - коррелятор;
20 - блок порогового сравнения (БПС);
21 - вычислитель гиперболических пеленгов (ВГП);
22 - блок индикации;
23 - полосовой фильтр;
24 - усилитель радиосигнала;
25 - смеситель;
26 - гетеродин;
27 - полосовой фильтр.
1
2
Фиг. 3. Пример сигналов s(t) и s(t) на выходе двухканального АЦП 14, содержащих сигналы двух ЗПП и мощные импульсные сигналы РЭС, которым ЗПП создают помеху.
1
2
Фиг. 4. Пример сигналов s(t) и s(t) на выходе двухканального ББМИ 18.
1
2
Фиг. 5. Пример взаимной корреляционная функция (ВКФ) сигналов s(t) и s(t), приведенных на фиг. 4, на выходе коррелятора 19.
Цифрами обозначены:
28 - порог обнаружения;
29, 30 - корреляционные максимумы, соответствующие двум ЗПП.
Фиг. 6. Пример отображения информации на экране планшетного компьютера.
Условными символами обозначены:
пятиконечная звезда - позиция неподвижного приемного пункта;
круги - позиции подвижного приемного пункта в моменты снятия гиперболических пеленгов;
треугольники - точки размещения обнаруженных ЗПП.
Фиг. 7 Внешний вид неподвижного приемного пункта.
Цифрами обозначены:
1 - приемная антенна;
9 - антенна передатчика линии связи;
31 - корпус с аппаратурой;
32 - штанга.
Фиг. 8. Внешний вид подвижного приемного пункта.
Цифрами обозначены:
10 - приемная антенна;
12 - антенна приемника линии связи;
33 - корпус с аппаратурой;
16 - планшетный компьютер.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
кпд
Установка неподвижного приемного пункта осуществляется заглублением штанги 32 в грунт. После установки и включения неподвижного приемного пункта производится включение находящегося рядом с ним подвижного приемного пункта. Подвижным приемным пунктом производится автоматическое определение координат при помощи приемника сигналов СРНС 17 и их запоминание, таким образом, в подвижный приемный пункт вводятся координаты позиции неподвижного приемного пункта. Одновременно с этим производится прием сигналов ЗИП обоими приемными пунктами, передача принятого сигнала с неподвижного на подвижный приемный пункт и вычисление относительной задержки τ, вносимой линией связи. После чего оператор начинает перемещение на новую позицию.
Неподвижный приемный пункт производит постоянный прием сигналов и их передачу по линии связи на подвижный приемный пункт. Подвижный приемный пункт, аналогично неподвижному, производит постоянный прием сигналов. Принимаемые сигналы могут содержать сигналы помех, создаваемые ЗПП, а также импульсные сигналы РЭС, которым ЗПП создают помехи. Принимаемые сигналы преобразовываются в цифровую форму при помощи двухканального АЦП 14. Пример сигналов, принятых приемными пунктами и измеренных на выходе двухканального АЦП 14, содержащих сигналы помех двух ЗПП и импульсные сигналы РЭС, которым ЗПП создают помеху, приведен на фиг. 3.
Структурная схема неподвижного приемного пункта приведена на фиг. 1. Сигнал, принятый приемной антенной 1 неподвижного приемного пункта поступает в локационный приемник 2, где фильтруется полосовым фильтром 4, усиливается усилителем радиосигнала 5, переносится на промежуточную частоту при помощи смесителя 6 с гетеродином 7, фильтруется полосовым фильтром 8. С выхода локационного приемника 2 сигнал поступает в передатчик линии связи 3 и далее в антенну передатчика линии связи 9. Антенны 1 и 9 ненаправленные.
Сигнал, излученный антенной передатчика линии связи 9, принимается антенной приемника линии связи 12 подвижного приемного пункта, структурная схема которого приведена на фиг. 2. Сигнал, принятый приемной антенной 10 подвижного приемного пункта, поступает в локационный приемник 11, где фильтруется полосовым фильтром 23, усиливается усилителем радиосигнала 24, переносится на промежуточную частоту при помощи смесителя 25 с гетеродином 26, фильтруется полосовым фильтром 27. Далее оба сигнала (принятый с неподвижного приемного пункта и принятый подвижным приемным пунктом) поступают на входы двухканального АЦП 14. С выхода двухканального АЦП 14 сигналы через БСПК 15 поступают в планшетный компьютер 16.
В планшетном компьютере 16 при помощи специального программного обеспечения производится следующая обработка принятых сигналов.
oгp
По команде оператора программным обеспечением планшетного компьютера 16 в двухканальном ББМИ 18 производится обнуление значений дискретных отсчетов сигналов, чьи значения превысили значение порога ограничения h
где i=1, 2, …, I - индексация отсчетов выборок принятых сигналов;
I - объем выборки;
oгp
h - порог ограничения.
1
2
В соответствии с (1) участки сигнала, на которых порог ограничения превышен, принудительно обнуляются, что обеспечивает исключение влияния импульсных сигналов, излучаемых РЭС, которым ЗПП создают помеху. Пример сигналов s(t) и s(t) на выходе двухканального ББМИ 18 приведен на фиг. 4.
Далее сигналы поступают в коррелятор 19, где производится вычисление ВКФ. ВКФ вычисляется посредством дискретной свертки принятых сигналов [3] в соответствии с выражением
где M=2I-1 - объем ВКФ;
n=1…М-1 - индексация отсчетов ВКФ;
1
s - выборка сигнала, принятого неподвижным приемным пунктом;
2
s - выборка сигнала, принятого подвижным приемным пунктом.
Пример ВКФ, соответствующей сигналам приведенным на фиг. 4, приведен на фиг. 5. На фиг. 5 цифрами 29 и 30 обозначены корреляционные максимумы, соответствующие двум ЗПП, а цифрой 28 - порог обнаружения.
Значения временной задержки, соответствующие максимумам ВКФ в которых был превышен порог, рассчитывается в БПС 20. Оценка задержек сигналов производится в соответствии со следующим выражением
∂
где f - частота дискретизации принятых сигналов;
обн
h - порог обнаружения;
j=1, 2, … - номера пеленгов.
В ВГП 21 на основе измеренных задержек рассчитывается абсолютная разность расстояний между приемными пунктами и каждым из обнаруженных ЗПП по формуле
кпд
где τ - относительная задержка, вносимая линией связи;
- база (расстояние между приемными пунктами);
1
2
Δх=x-x,
1
2
Δу=у-у,
1
1
{x, y} - координаты неподвижного приемного пункта;
2
2
{х, у} - координаты подвижного приемного пункта;
8
с - скорость электромагнитной волны (с=3⋅10 м/с).
Измеренная задержка корреляционных максимумов, превысивших порог обнаружения, используется для построения гиперболических пеленгов. Расчет гиперболических пеленгов производится ВГП 21.
Значения порогов ограничения и обнаружения задаются оператором посредством планшетного компьютера 16 на основе текущей радиоэлектронной обстановки, оцениваемой по числу отображаемых на экране планшетного компьютера 16 гиперболических пеленгов.
Расчет координат точек, принадлежащих гиперболическому пеленгу, производится ВГП 21 по формуле
0
где X=usinα-qcosα;
0
Y=qsinα+ucosα;
min
min
max
q=x, x+Δ, …, x;
min
max
x, x, Δ - минимальное и максимальное значения, а также шаг изменения условного аргумента функции построения гиперболического пеленга.
Индикация гиперболических пеленгов осуществляется блоком индикации 22. Кроме гиперболических пеленгов, блоком индикации 22 на экране планшетного компьютера 16 отображаются текущие позиции неподвижного и подвижного приемных пунктов. Расчет пеленгов производится периодически по мере перемещения оператора с подвижным приемным пунктом на местности.
Началом координат системы отображения гиперболических пеленгов является позиция неподвижного приемного пункта.
Двухканальный ББМИ 18, коррелятор 19, БПС 20, ВГП 21 и блок индикации 22 реализованы программно в планшетном компьютере 16.
После построения гиперболических пеленгов производится перемещение подвижного приемного пункта на новую позицию и описанная выше процедура обработки принятых сигналов и построения гиперболических пеленгов повторяется. Повторение процедуры происходит до тех пор, пока не будет набрана статистика, достаточная для установления местоположения ЗПП. Для определения местоположения единичного ЗПП, достаточно двух гиперболических пеленгов. Для определения местоположения каждого из нескольких ЗПП, работающих на одной частоте, требуется большее количество гиперболических пеленгов.
На фиг. 6 приведен пример отображения информации на экране планшетного компьютера 16. В прямоугольной системе координат плоскости (местности) приведены: позиция неподвижного приемного пункта (пятиконечная звезда), позиции подвижного приемного пункта в моменты снятия пеленгов (круги), точки размещения ЗПП (треугольники) и гиперболические пеленги. Как видно из фиг. 6, гиперболические пеленги пересекаются в точках нахождения ЗПП, остальные одиночные пересечения пеленгов являются одиночными статистически независимыми (случайными).
Обнаружение и определение однозначного местоположения нескольких ЗПП происходит одновременно, чем достигается снижение времени установления местоположения каждого ЗПП. Импульсные сигналы РЭС не оказывают влияния на поиск ЗПП, благодаря работе двухканального ББМИ 18. Кроме того, оператор знает свою позицию относительно обнаруженных ЗПП, чем достигается сокращение времени его прибытия к ближайшему ЗПП с целью его нейтрализации. Таким образом, достигаются заявленные технические результаты.
Неподвижный приемный пункт (фиг. 7) конструктивно состоит из корпуса с аппаратурой 31 с размещенными в верхней его части приемной антенной 1 и антенной передатчика линии связи 9. В нижней части корпуса с аппаратурой 31 закреплена штанга 32. Штанга 32 представляет собой отрезок трубы длиной 1-2 м с заостренным нижним концом. Установка неподвижного приемного пункта производится путем заглубления в грунт штанги 32 в вертикальном положении. В корпусе с аппаратурой 31 находятся локационный приемник 2, передатчик линии связи 3 и автономный источник электропитания.
Подвижный приемный пункт (фиг. 8) конструктивно состоит из приемной антенны 10, корпуса с аппаратурой 33 и планшетного компьютера 16. Корпус с аппаратурой 33 представляет собой устройство ранцевого типа с закрепленной в верхней части приемной антенной 10 и антенной приемника линии связи 12. В корпусе находятся: локационный приемник 11, приемник линии связи 13, двухканальной АЦП 14, БСПК 15 и автономный источник электропитания.
Таким образом, устройство поиска забрасываемых передатчиков помех позволяет однозначно определять местоположение каждого из нескольких ЗПП, работающих на одной частоте, на фоне импульсных сигналов РЭС, а также информирует оператора о его позиции относительно обнаруженных ЗПП, за счет чего осуществляется одновременное перемещение оператора к ближайшему из обнаруженных ЗПП с одновременным уточнением координат остальных ЗПП, чем достигаются заявленные технические результаты.
Литература
1. Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я.Д. - М.: «Советское радио», 1970.
2. Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: «Вузовская книга», 2013.
3. Р. Лайонс. Цифровая обработка сигналов. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2006.