Комбинированный пеленгатор

Полезная модель относится к области радиотехники и может использоваться при решении задач пеленгования источников радиоизлучения фазоманипулированных сигналов (ФМС) в комплексах радиомониторинга.
Известен пеленгатор [1] (Патент РФ №2454715. "Фазовый пеленгатор". Бюл. №18, 2012), состоящий из двух антенн, двух приемников, трех смесителей частоты, гетеродина, фильтра суммарной частоты, фильтра разностной частоты, двух узкополосных фильтров и фазового детектора.
Признаками аналога, совпадающими с признаками заявленного устройства, являются две антенны, приемник, три смесителя частоты, два узкополосных фильтра и фазовый детектор.
К недостаткам данного аналога следует отнести наличие неоднозначности отсчета пеленга при разносе антенн на расстояние, превышающее половину длины рабочей волны принимаемых радиоизлучений и повышенную аппаратную сложность реализации, обусловленную использованием двухканального построения.
Известен также пеленгатор [2] (Патент РФ №2474835. "Корреляционный фазовый пеленгатор". Бюл. №4, 2013), состоящий из двух антенн, двух высокочастотных блоков, двух демодуляторов, двух спектроанализаторов, блока сравнения спектров, двух запоминающих устройств и коррелятора.
Признаками аналога, совпадающими с признаками заявленного устройства, являются две антенны, высокочастотный блок, коррелятор.
К недостаткам данного аналога следует отнести повышенную аппаратурную сложность реализации, обусловленную двухканальным построением и низким быстродействием за счет необходимости реализации в демодуляторах режимов поиска и захвата по частоте, а также вхождения в синхронизм при приеме сигналов с априорно неизвестной частотой.
Из известных пеленгаторов, подобных заявленному устройству, наиболее близким по технической сущности, принимаемым за прототип, является [3] (Патент РФ №2165628. "Фазовый пеленгатор", отпеч. 20.04.2001), состоящий из первой и второй приемных антенн, первого и второго приемников, первого, второго и третьего перемножителей, первого и второго узкополосных фильтров, фазовращателя на 90°, фазового детектора, первого и второго индикаторов, блока регулируемой задержки, фильтра нижних частот, экстремального регулятора и измерительного прибора, причем выход первой антенны через последовательно включенный первый приемник соединен с первым и вторым входами первого перемножителя и со вторым входом третьего перемножителя, выход первого перемножителя через последовательно соединенные первый узкополосный фильтр и фазовращатель на 90° соединен с первым входом фазового детектора, выход второй антенны через последовательно включенный второй приемник соединен с первым и вторым входами второго перемножителя и первым входом блока регулируемой задержки, выход второго перемножителя через последовательно включенный узкополосный фильтр соединен со вторым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом первого индикатора, первый выход блока регулируемой задержки соединен со вторым индикатором, второй выход блока регулируемой задержки соединен с первым входом третьего перемножителя, выход которого через последовательно включенный фильтр нижних частот соединен со входом измерительного прибора, выход фильтра нижних частот через последовательно включенный экстремальный регулятор соединен со вторым входом блока регулируемой задержки.
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого устройства, являются две антенны, два узкополосных фильтра, приемник, перемножитель, фильтр нижних частот, фазовый детектор и индикатор.
К недостаткам прототипа заявленной полезной модели следует отнести повышенную погрешность пеленгования, которая обусловлена неидентичностью фазочастотных характеристик приемников, и повышенную аппаратурную сложность реализации, обусловленную двухканальным построением.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является снижение погрешности пеленгования источников радиоизлучения сигналов с фазовой манипуляцией и упрощение аппаратной реализации.
Для решения поставленной задачи предлагается комбинированный пеленгатор (КП), содержащий первую и вторую антенны, приемник с последовательно присоединенным к выходу приемника перемножителем и вторым узкополосным фильтром, а также первый узкополосный фильтр, первый фильтр нижних частот, первый фазовый детектор и индикатор.
Согласно полезной модели дополнительно введены антенная платформа с опорно-поворотным устройством, первый и второй коммутаторы, генератор опорного напряжения, первая и четвертая линии задержки, детектор огибающей, параллельный спектроанализатор, первое и второе решающее устройство, управитель, первое и второе автокорреляционные устройства, причем первая и вторая антенны подключены к первому и второму сигнальным входам первого коммутатора соответственно, первый выход генератора опорного напряжения подключен к управляющему входу первого коммутатора, выход первого коммутатора подключен ко входу приемника, первый выход приемника подключен ко входу детектора огибающей, второй выход приемника подключен к первому и второму входам перемножителя, выход которого через второй узкополосный фильтр подключен ко входу параллельного спектроанализатора, первый выход которого подключен к первому входу второго коммутатора, а выходы со всех каналов параллельного спектроанализатора подключены к соответствующим входам второго решающего устройства, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора, выход которого параллельно подключен к первому входу первого автокорреляционного устройства и входу второго автокорреляционного устройства, второй выход генератора опорного напряжения параллельно подключен ко входу четвертой линии задержки и ко входу первой линии задержки, выход которой подключен к первому входу первого фазового детектора, выход детектора огибающей соединен через последовательно включенный первый узкополосный фильтр со вторым входом первого фазового детектора, выход которого подсоединен через последовательно включенный первый фильтр нижних частот к первому входу первого решающего устройства, второй вход первого решающего устройства подключен к выходу первого автокорреляционного устройства, третий вход первого решающего устройства подключен к выходу второго автокорреляционного устройства, первый выход первого решающего устройства подключен ко входу опорно-поворотного устройства, первый выход которого подключен к антенной платформе, а второй выход - к индикатору, второй выход первого решающего устройства подключен ко входу управителя, выход которого подключен ко второму входу первого автокорреляционного устройства, выход четвертой линии задержки подключен к третьему входу первого автокорреляционного устройства; первое автокорреляционное устройство, содержащее вторую линию задержки, первый, второй и третий смесители, полосовой фильтр, гетеродин, первый фазовращатель, третий узкополосный фильтр, второй фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, причем первый вход первого автокорреляционного устройства подключен параллельно к первому входу первого смесителя и ко входу второй линии задержки, выход которой подключен к первому входу второго смесителя, ко второму входу которого подключен выход первого смесителя, ко второму входу которого подключен выход гетеродина, вход которого подключен к первому выходу первого фазовращателя, второй выход которого подключен ко второму входу третьего смесителя, выход второго смесителя соединен с первым входом третьего смесителя через последовательно включенный полосовой фильтр, выход третьего смесителя соединен с первым входом второго фазового детектора через последовательно включенный третий узкополосный фильтр, второй вход второго фазового детектора является третьим входом первого автокорреляционного устройства и подключен к выходу четвертой линии задержки, выход второго фазового детектора подключен ко входу второго фильтра нижних частот, выход которого является выходом первого автокорреляционного устройства и подключен ко второму входу первого решающего устройства, вход первого фазовращателя является вторым входом первого автокорреляционного устройства и подключен к выходу управителя; второе автокорреляционное устройство, содержащее третью линию задержки, второй фазовращатель, третий фазовый детектор, третий фильтр нижних частот, функциональный преобразователь, причем вход второго автокорреляционного устройства параллельно подключен ко входу второго фазовращателя и ко входу третьей линии задержки, выход которой подключен к первому входу третьего фазового детектора, ко второму входу которого подключен выход второго фазовращателя, выход третьего фазового детектора соединен со входом функционального преобразователя через последовательно включенный третий фильтр нижних частот, выход функционального преобразователя является выходом второго автокорреляционного устройства и подключен к третьему входу первого решающего устройства.
Техническим результатом является снижение погрешности пеленгования источников радиоизлучения сигналов с фазовой манипуляцией и упрощение аппаратной реализации пеленгатора.
На чертеже приведена функциональная схема КП.
КП состоит из:
1
2
1, 2 - первая и вторая антенны (A, А);
3 - антенная платформа (АП);
1
2
4, 19 - первый и второй коммутаторы (Ком, Ком);
5 - генератор опорного напряжения (ГОН);
1
2
3
4
6, 21, 25, 36 - первая, вторая, третья, четвертая линии задержки (ЛЗ, ЛЗ, ЛЗ, ЛЗ);
7 - приемник (Пр);
8 - детектор огибающей (ДО);
1
2
3
9, 16, 31 - первый, второй, третий узкополосные фильтры (УФ, УФ, УФ);
1
3
2
10, 28, 32 - первый, третий и второй фазовые детекторы (ФД, ФД, ФД);
1
2
3
11, 33, 34 - первый, второй и третий фильтры нижних частот (ФНЧ, ФНЧ, ФНЧ);
12 - опорно-поворотное устройство (ОПУ);
1
2
13, 18 - первое и второе решающее устройство (РУ и РУ);
14 - перемножитель (Пер);
15 - индикатор (Инд);
17 - параллельный спектроанализатор (ПСА);
20 - управитель (Упр);
1
2
3
22, 27, 30 - первый, второй и третий смесители (См, См, См);
23 - гетеродин (Г);
1
2
24, 26 - первый и второй фазовращатели (Фв, Фв);
29 - полосовой фильтр (ПФ);
35 - функциональный преобразователь ФП;
1
2
37, 38 - первое и второе автокорреляционные устройства АУ и АУ.
1
2
2
1
1
1
1
2
1
4
1
2
1
2
1
2
1
1
1
2
2
2
1
2
4
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
4
1
1
2
1
2
3
1
3
2
2
1
1
2
2
1
1
3
2
3
3
2
3
2
1
4
2
2
1
1
1
1
2
3
2
3
3
2
2
3
3
2
3
3
2
1
Комбинированный пеленгатор содержит первую и вторую A 1 и А 2, Пр 7 с последовательно присоединенным к выходу Пр 7 перемножителем Пер 14 и вторым УФ 16, а также первый УФ 9, первый ФНЧ 11, первый ФД 10 и Инд 15. Дополнительно введены АП 3 с ОПУ 12, первый и второй Ком 4 и Ком 19, ГОН 5, первая и четвертая ЛЗ 6 и ЛЗ 36, ДО 8, ПСА 17, первое и второе РУ 13 и РУ 18, Упр 20, первое и второе АУ 37 и АУ 38. Причем первая и вторая A 1 и А 2 подключены к первому и второму сигнальным входам первого Ком 4 соответственно. Первый выход ГОН 5 подключен к управляющему входу первого Ком 4, выход Ком 4 подключен ко входу Пр 7. Первый выход Пр 7 подключен ко входу ДО 8, второй выход Пр 7 подключен к первому и второму входам Пер 14, выход которого через второй УФ2 16 подключен ко входу ПСА 17, первый выход которого подключен к первому входу второго Ком 19, а выходы со всех каналов ПСА 17 подключены к соответствующим входам второго РУ 18, выход которого подключен к управляющему входу второго Ком 19, выход которого параллельно подключен к первому входу первого АУ 37 и входу второго АУ 38. Второй выход ГОН 5 параллельно подключен ко входу четвертой ЛЗ 36 и ко входу первой ЛЗ 6, выход которой подключен к первому входу первого ФД 10. Выход ДО 8 соединен через последовательно включенный первый УФ 9 со вторым входом первого ФД 10, выход которого подсоединен через последовательно включенный первый ФНЧ1 11 к первому входу первого РУ 13. Второй вход первого РУ 13 подключен к выходу первого АУ 37, третий вход первого РУ 13 подключен к выходу второго АУ 38, первый выход первого РУ 13 подключен ко входу ОПУ 12, первый выход которого подключен к АП 3, а второй выход - к Инд 15. Второй выход первого РУ 13 подключен ко входу Упр 20, выход которого подключен ко второму входу первого АУ 37. Выход четвертой ЛЗ 36 подключен к третьему входу первого АУ 37. Первое АУ 37 содержит вторую ЛЗ 21, первый, второй и третий См 22, См 27, См 30, ПФ 29, Г 23, Фв 24, третий УФ 31, второй ФД 32, второй ФНЧ 33. Причем первый вход первого АУ 37 подключен параллельно к первому входу первого См 22 и параллельно ко входу второй ЛЗ 21, выход которой подключен к первому входу второго См 27, ко второму входу которого подключен выход первого См 22, ко второму входу которого подключен выход Г 23, вход которого подключен к первому выходу первого Фв 24, второй выход которого подключен ко второму входу третьего См 30. Выход второго См 27 соединен с первым входом третьего См 30 через последовательно включенный ПФ 29. Выход третьего См 30 соединен с первым входом второго ФД 32 через последовательно включенный третий УФ 31, второй вход второго ФД 32 является третьим входом первого АУ 37 и подключен к выходу четвертой ЛЗ 36. Выход второго ФД 32 подключен ко входу второго ФНЧ 33, выход которого является выходом первого АУ 37 и подключен ко второму входу первого РУ 13. Вход первого Фв 24 является вторым входом первого АУ 37 и подключен к выходу Упр 20. Второе АУ 38 содержит третью ЛЗ 25, второй Фв 26, третий ФД 28, третий ФНЧ 34, ФП 35. Причем вход второго АУ 38 параллельно подключен ко входу второго Фв 26 и ко входу третьей ЛЗ 25, выход которой подключен к первому входу третьего ФД 28, ко второму входу которого подключен выход второго Фв 26. Выход третьего ФД 28 соединен со входом ФП 35 через последовательно включенный третий ФНЧ 34. Выход ФП 35 является выходом второго АУ 38 и подключен к третьему входу первого РУ 13.
КП работает следующим образом.
1
1
1
1
1
2
2
2
1
2
4
1
2
КП состоит из двух подсистем: амплитудной (ДО 8, первого УФ 9, ГОН 5, первой ЛЗ 6, первого ФД 10, первого ФНЧ 11, первого РУ 13) и фазовой (Пер 14, второго УФ 16, ПСА 17, второго РУ 18, второго Ком 19, первого АУ 37, второго АУ 38, четвертой ЛЗ 36). С целью упрощения аппаратной реализации КП в обеих подсистемах используется метод разновременного периодического преобразования входных сигналов на основе коммутации первой и второй антенн A 1 и А 2.
1
2
1
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
Амплитудная подсистема КП предназначена для грубого пеленгования источников радиоизлучения (ИРИ) по азимуту и реализуется на основе метода периодической коммутации первой и второй антенн A 1 и А 2. Входной сигнал принимается одновременно первой и второй антеннами A 1 и А 2, закрепленными на антенной платформе АП 3 под углом Δ друг к другу. Поворот АП 3 осуществляется с помощью ОПУ 12. Сканирование ДНА реализуется путем периодической коммутации первой и второй антенн A 1 и А 2 в первом коммутаторе Ком 4 управляющим сигналом от генератора опорного напряжения ГОН 5 с частотой F. Входной сигнал переносится на промежуточную частоту приемником Пр 7, после чего в детекторе огибающей ДО 8 выделяется огибающая сигнала, которая затем фильтруется первым узкополосным фильтром УФ 9. Отфильтрованный сигнал поступает на первый фазовый детектор ФД 10, где перемножается с опорным сигналом с генератора опорного напряжения ГОН 5. Задержка сигнала в первом коммутаторе Ком 4, приемнике Пр 7, детекторе огибающей ДО 8 и первом узкополосном фильтре УФ 9 компенсируются с помощью первой линии задержки ЛЗ 6. После фильтрации на выходе первого ФНЧ 11 формируется напряжение, соответствующее грубой оценке азимута сигнала.
В амплитудной подсистеме используется коническое сканирование диаграммы направленности антенны (ДНА), принцип действия которого детально описан в работе [4. Кривицкий Б.X. Автоматические системы радиотехнических устройств. - М.: Энергия, 1962].
К достоинству амплитудной подсистемы следует отнести использование одноканального приемного тракта и возможность пеленгования ИРИ с постоянной огибающей сигналов независимо от вида угловой модуляции.
1
2
Фазовая подсистема предназначена для точного пеленгования ИРИ по азимуту и реализуется на основе периодической коммутации первой и второй антенн A 1 и А 2 с последующей автокорреляционной обработкой.
1
2
При проведении радиомониторинга (РМ) предполагается, что в ходе первичной обработки азимут ИРИ находится в секторе, соответствующем ширине ДНА первой и второй антенн A 1 и А 2. Приемник Пр 7 КП перестраивается по частоте на пеленгуемый ИРИ.
2
2
2
2
1
2
Сигнал ПЧ с выхода приемника Пр 7 поступает на перемножитель Пер 14, где он возводится в квадрат, что приводит к снятию фазовой модуляции. После фильтрации на выходе второго узкополосного фильтра УФ 16 образуется сигнал немодулированной несущей частоты пеленгуемого сигнала. Для уменьшения неопределенности по частоте служит параллельный спектроанализатор ПСА 17, сигналы с выходов спектральных каналов которого поступают на второе решающее устройство РУ 18. При принятии гипотезы об обнаружении сигнала второе решающее устройство РУ 18 открывает второй коммутатор Ком 19, и сигнал с выхода второго узкополосного фильтра УФ2 16 поступает на входы первого и второго автокорреляционных устройств АУ 37 и АУ 38.
1
2
1
На выходе первого автокорреляционного устройства АУ 37 (выход второго фильтра нижних частот ФНЧ 33) формируется напряжение, пропорциональное точному значению пеленга и подаваемое на первое решающее устройство РУ 13.
2
1
1
Второе автокорреляционное устройство АУ 38 предназначено для оценки частоты, которая в первом РУ 13 используется для формирования целеуказания, подаваемого на управитель Упр 20 и обеспечивающего подстройку первого фазовращателя Фв 24.
1
2
2
На вход КП (первая и вторая антенны A 1 и А 2) поступает аддитивная смесь y(t), состоящая из сигнала S(t) и гауссовской помехи n(t)
ms
S
S
где U, ƒ, ϕ(t) - амплитуда, частота и закон изменения фазы сигнала;
n(t) - гауссова стационарная помеха в виде квазибелого шума.
1
На выходе первого Ком 4 принимаемый сигнал S(t) приобретает следующий вид:
1
2
S
1
; Δϕ=ϕ-ϕ; T=mT;
1
1
0
0
S
F=2/T при t≤t≤t+T,
m1
m2
1
2
где U, U - амплитуды сигналов S(t), принимаемых первой и второй антеннами A 1 и А 2;
S
U(t) - зависимость напряжения принимаемого сигнала от времени;
m0
U - амплитуда принимаемого сигнала S(t);
π=3,1415926;
t - текущее время;
0
t - момент начала сигнала;
1
1
F - частота коммутатора Ком;
1
2
1
2
ϕ, ϕ - начальные фазы сигналов S(t), принимаемых первой и второй антеннами A 1 и А 2;
1
2
Δϕ - разность фаз между сигналами на первой и второй антеннах A 1 и А 2;
sign[x] - знаковая функция;
S
1
m - коэффициент амплитудной манипуляции с частотой F;
S
T - длительность одного сеанса пеленгования;
1
Т - длительность такта переключения;
m - количество переключений.
2
1
Аддитивная смесь y(t) сигнала S(t) и гауссовской помехи n(t) после прохождения через приемник Пр 7 и детектор огибающей ДО 8 на выходе первого УФ 9 имеет следующий вид:
УФ1
S1
n
1
где U(t) - аддитивная смесь сигнала U(t) и помехи U(t) на выходе первого УФ 9;
П1
1
К - коэффициент передачи по напряжению от входа КП до выхода первого УФ 9;
УФ1
1
Δƒ - полоса пропускания первого УФ 9;
S1
ƒ - частота сигнала на выходе приемника Пр 7;
ПЧ
U(t) - аддитивная смесь сигнала и помехи на выходе приемника Пр 7;
m0
U - амплитуда принимаемого сигнала S(t);
ПЧ
ПЧ
ПЧ
h(t) - импульсная реакция усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника Пр 7 со средней частотой ƒ и полосой пропускания Δƒ;
CЧ
СЧ
СЧ
U(t), ƒ - напряжение синтезатора частоты приемника Пр 7 с частотой ƒ;
S
Δƒ - ширина спектра S(t);
1
1
τ - групповое время запаздывания, вносимое функциональными узлами от входа КП до выхода первого УФ 9;
ЛТ
УФ1
1
τ, τ - групповое время запаздывания, вносимое приемником Пр 7 и первым УФ 9;
УФ1
1
h(t) - импульсная реакция первого УФ 9;
П2
1
К - коэффициент передачи по напряжению ДО 8 и первого УФ 9;
х - переменная интегрирования.
1
ЛЗ1
S1
1
Учитывая, что на первый вход первого ФД 10 подается от ГОН 5 опорное напряжение с задержкой τ, а напряжение U(t) подается на второй вход первого ФД 10
ОП
ОП
1
ЛЗ1
ЛЗ1
1
U(t)Ucos[2πF(t-τ)]; τ=τ,
1
αa
то на выходе первого ФНЧ 11 получается напряжение U, соответствующее грубой оценке азимута
αa
П1
П2
П3
m0
S
U=КККUm;
1
F(α±Δ)=F(α)(1±μα),
П3
1
где К - коэффициент передачи по напряжению первого ФД 10;
1
2
1
2
F(α-Δ), F(α-Δ) - нормированные ДНА первой и второй антенн А 1 и А 2 с угловым смещением Δ относительно оси симметрии;
m
1
U - напряжение на выходе первого ФНЧ 11;
μ - крутизна пеленгационной характеристики.
1
2
1
S
1
S
Фазовая подсистема КП функционирует одновременно с амплитудной подсистемой. После поступления сигнала S(t) на первую и вторую антенны A 1 и А 2 и последующей обработки в первом Ком 4 на его выходе получаем, как показано выше, напряжение U(t), которое имеет как амплитудную, так и фазовую манипуляцию с частотой F. В фазовой подсистеме в качестве информативного признака используется фазовая манипуляция. После прохождения напряжения U(t) через приемник Пр 7 получаем
0
0
S1
2
S
2
1
2
U(t)=Ucos{2πΔƒ(t-τ)+ϕ(t-τ)+Δϕ/2sign[sin[2πF(t-τ)]]};
S
2
ЛТ
0
ϕ(t)=ψП(t); τ=τ+τ,
0
где U - порог ограничения;
ЛТ
0
τ, τ - групповое время запаздывания в приемнике Пр 7;
ψ - девиация фазы сигнала S(t);
П(t) - манипулирующая последовательность;
S
ϕ(t) - фаза сигнала.
При ψ=π/2 в качестве нелинейного элемента (НЭ) используется квадратор, что приводит к свертке спектра сигнала S(t)
ПЕР
где К - коэффициент передачи НЭ по напряжению.
Поскольку при настройке приемника по частоте имеется погрешность , то это приводит к тому, что интервал априорной неопределенности по частоте составляет 2ΔF.
ПСА
ПЧ
ПСА
K
1
Для уменьшения этого интервала на выходе перемножителя Пер 14 установлен параллельный спектроанализатор ПСА 17, который имеет среднюю частоту ƒ=2ƒ, диапазон анализа Δƒ=2ΔF и полосу пропускания канала Δƒ<<F.
Импульсная реакция каналов ПСА 17 имеет вид
K
где h(t) - импульсная характеристика одного канала ПСА 17;
K
ƒ - средняя частота К-го канала ПСА 17;
K
Δƒ - ширина полосы пропускания К-го канала ПСА 17;
H
ƒ - нижняя частотная граница ПСА 17.
ПЕР
K
S1
K
2
Напряжение U(t) выделяется на выходе К-го канала ПСА 17, если f≈2ƒ, а затем напряжение U(t) поступает во второе РУ 18, где выполняется операция обнаружения сигнала S(t).
2
0
Второе РУ 18 представляет собой набор пороговых устройств, подключенных к выходам каналов ПСА 17. Гипотеза об обнаружении сигнала H принимается при выполнении условия
УК
ОБ
2
где U(Т) - напряжение на выходе второго РУ 18;
ОБ
Т - постоянная усреднения при обнаружении;
ПОР
U - пороговое напряжение;
ПЕР
U(t) - напряжение на выходе К-го канала ПСА 17;
К
ПЕР
K
у(t) - аддитивная смесь напряжения U и помехи n(t) на выходе К-го канала ПСА 17.
0
2
2
К
1
2
1
После принятия гипотезы H с выхода второго РУ 18 поступает команда на открытие второго Ком 19, обеспечивающее поступление процесса у(t) на входы первого и второго автокорреляционных устройств АУ 37 и АУ 38. Алгоритм работы первого автокорреляционного устройства АУ 37 описывается следующими соотношениями:
ПФ
где U(t) - напряжение на выходе полосового фильтра ПФ 29;
УФ2
2
U(t) - напряжение на выходе второго узкополосного фильтра УФ 16;
Ф
Г
Ф
h(t) - импульсная реакция полосового фильтра ПФ 29 со средней частотой ƒ и полосой пропускания Δƒ;
Г
Г
Г
U(t) - напряжение гетеродина Г 23 с амплитудой U и частотой ƒ;
ФВ1
ФВ1
1
ϕ, τ - фазовый сдвиг и групповое время запаздывания, вносимое первым фазовращателем Фв 24;
УФ2
2
1
УФ2
h(t) - импульсная реакция второго узкополосного фильтра УФ 16 со средней частотой F и полосой пропускания Δƒ.
1
2
З2
1
При использовании в первом АУ 37 второй ЛЗ 21 с τЛ=Т принимаемый сигнал S(t) преобразуется к следующему виду:
а) на выходе ПФ 29
;
ЛЗ2
ЛТ
1
τ=τ+Δτ,
П4
где К - коэффициент передачи по напряжению от входа приемника Пр 7 до выхода ПФ 29;
1
Δτ - групповое время запаздывания от входа приемника Пр 7 до выхода ПФ 29;
3
б) на выходе третьего УФ 31
П5
где К - коэффициент передачи по напряжению от входа приемника Пр 7 до выхода ПФ 29;
1
J(x) - функция Бесселя первого порядка;
ФВ1
1
ϕ - фазовый сдвиг, вносимый первым фазовращателем Фв 24.
УФ2
2
2
4
Напряжение U(t) поступает на сигнальный вход второго фазового детектора ФД 32. На второй вход второго фазового детектора ФД 32 поступает опорное напряжение с генератора опорного напряжения ГОН 5 через четвертую ЛЗ 36
ОП2
ОП
1
ЛЗ4
U(t)=Ucos[2πF(t-τ)].
2
ЛЗ4
2
ЛЗ2
ФНЧ2
ϕ
Т
На выходе второго ФНЧ 33 при τ=τ+τ получаем эффект U(Т), содержащий оценку разности фаз Δϕ, которая несет информацию о точном значении азимута α.
При этом
П6
2
где К - коэффициент передачи по напряжению от выхода приемника Пр 7 до выхода второго ФНЧ 33;
ϕ
2
T - постоянная интегрирования во втором ФНЧ 33.
0
Поскольку функция Бесселя первого порядка сохраняет линейный характер при Δϕ≤π/4, то это обеспечивает диапазон однозначного отсчета разности фаз сигналов Δϕ=π/2.
1
2
Процесс пеленгования состоит из нескольких этапов, в ходе которых с помощью опорно-поворотного устройства ОПУ 12 обеспечиваются разворот антенной платформы АП 3 с первой и второй антеннами A 1 и А 2 и переход в режим автосопровождения ИРИ.
2
S0
S1
2
1
ФВ1
S0
1
Второе АУ 38 предназначено для оценки частоты ƒ=2ƒ, которая во втором РУ 18 используется для формирования целеуказания, подаваемого на Упр 20, и обеспечивающего подстройку первого Фв 24, исходя из условий ϕ→2πƒT.
2
Алгоритм второго АУ 38 выглядит следующим образом:
ƒ
ƒ
3
где U(T) - напряжение сигнала на выходе третьего ФНЧ 34;
ЛЗ3
3
τ - задержка, вносимая третьей ЛЗ 25;
ƒ
3
T - постоянная интегрирования в третьем ФНЧ 34;
S1
- оценка частоты 2ƒ;
S0
S0
Δƒ - диапазон однозначного отсчета частоты ƒ.
S0
Среднеквадратическая погрешность оценивания частоты σƒ равна
ƒ
3
где g - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе третьего ФНЧ 34;
a
у1
2
g - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе второго Ком 19;
- отношение сигнал/помеха по мощности на входе КП.
2
1
2
Второе РУ 18 обеспечивает функционирование КП в ходе пространственного поиска по азимуту, наведения на ИРИ антенной системы (первой A 1 и второй А 2) на основе использования в начале амплитудной подсистемы КП, а затем и фазовой подсистемы КП с последующими операциями формирования оценки азимута  и перехода к автосопровождению ИРИ.
Среднеквадратическая погрешность пеленгования при использовании амплитудной подсистемы  определяется флуктуационной  и аппаратурной  составляющими
а
μ=0,7θ;
при ;
a
1
2
где θ - ширина ДНА по азимуту первой и второй антенн A 1 и А 2 по половинной мощности;
a
1
g - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе первого ФНЧ 11;
S
P,  - мощность сигнала S(t) и дисперсия помехи n{t) на входе КП;
П
N - спектральная плотность помехи на входе КП;
ЛТ
Δƒ - шумовая полоса пропускания приемника Пр 7;
УФ1
1
Δƒ - полоса пропускания первого УФ 9;
а
1
Т - постоянная интегрирования первого ФНЧ 11.
Использование в КП одноканального линейного тракта (ЛТ) позволяет упростить аппаратную реализацию и существенно снизить аппаратурные погрешности пеленгования в фазовой подсистеме.
Среднеквадратическая погрешность пеленгования при использовании фазовой подсистемы  определяется флуктуационной  и аппаратурной  составляющими
при ,
где  - среднеквадратическая погрешность оценивания разности фаз Δϕ, которая определяется флюктуационной  и аппаратурной  составляющими;
1
- отношение сигнал/помеха по мощности на входе первого АУ 37;
ϕ
2
g - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе второго ФНЧ 33;
ϕ
2
Т - постоянная интегрирования второго ФНЧ 33.
оф
Для устранения многозначности при отсчете азимута в КП необходимо обеспечить согласование характеристик фазовой и амплитудной подсистем. Диапазон однозначного отсчета азимута в фазовой подсистеме Δϕ определяется из следующего соотношения:
0
; Δψ=π/2,
0
где Δψ - диапазон однозначного отсчета разности фаз сигналов после умножения частоты сигналов в перемножителе Пер 14.
Для обеспечения сопряжения фазовой и амплитудной подсистем в КП необходимо, чтобы выполнялось условие
а
оф
Δα≤Δα/2.
S
1
УФ
К
ЛЗ2
α
β
A
ϕ
ƒ
Ш
6
3
-4
-2
Для иллюстрации результатов исследований рассмотрим пример при следующих исходных данных: d/λ=10; ; Δƒ=10 Гц; F=5⋅10 Гц; Δƒ=Δƒ=500 Гц; τ=2⋅10 c; θ=7°; θ=90°; T=T=T=10 с; N=2,5.
1
2
Коэффициент усиления первой и второй антенн A 1 и А 2 при коэффициенте использования ДНА η=0,75 равен
α
β
1
2
где θ, θ - ширина ДНА первой и второй антенн A 1 и А 2 по азимуту и углу места, в градусах.
Диапазон однозначного отсчета азимута в фазовой подсистеме КП равен
Среднеквадратическая ошибка пеленгования в азимутальной подсистеме КП равна
2
Второе решающее устройство РУ 18 функционирует в соответствии со следующим алгоритмом
α
где U - напряжение, соответствующее азимутальному рассогласованию;
ϕ
ƒ
ƒ
F[U(T)] - оператор преобразования напряжения в фазу.
α
В опорно-поворотном устройстве ОПУ 12 осуществляется преобразование напряжения U в угол поворота антенной платформы по азимуту, который соответствует оценке азимута .
В индикаторе Инд 15 после перехода КП в установившийся режим происходит преобразование оценки азимута  в индицируемую форму, например цифровую.
Отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе азимутальной подсистемы КП равно
Отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе фазовой подсистемы КП равно
S0
Диапазон однозначного отсчета частоты ƒ равен
S0
ƒ
ФВ1
Среднеквадратическая погрешность оценивания частоты ƒ, при которой выполняется условие g=10 и cosδϕ≥0,95, равна
Среднеквадратическая погрешность пеленгования в фазовой подсистеме КП, которая соответствует результирующей погрешности пеленгования КП σα, равна при cosα→1
В
КП обеспечивает выигрыш К в точности пеленгования по сравнению с амплитудной подсистемой, равный
A
Реальная чувствительность КП при  и g=20 равна
Таким образом, заявленный технический результат, а именно снижение погрешности пеленгования источников радиоизлучения сигналов с фазовой манипуляцией и уменьшение объема аппаратурной реализации, достигается благодаря уменьшению аппаратурной погрешности при оценивании разности фаз и возможности увеличения разноса антенн, а также благодаря переходу от двухканального построения приемника к одноканальному.
Полученные результаты могут найти применение при проектировании комплексов радиомониторинга и систем определения местоположения источников радиоизлучения сигналов с фазовой манипуляцией.
Это позволяет изготовить комбинированный пеленгатор промышленным способом по своему назначению, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.
Представленные на чертеже схема и подробное описание принципа действия каждого функционального узла, реализация которых возможна на современной элементной базе, описаны в следующих источниках:
- антенны и приемный тракт: Саидов А.С., Талилаев А.Р. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997; Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1994;
- параллельный спектроанализатор и первое решающее устройство: Воллернер Н.Ф. Аппаратурный спектральный анализ. - М.: Сов. Радио, 1977;
- синтезатор частоты, гетеродин, генератор опорного напряжения: Белов Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов. - М.: АСА & GMA, 2005;
- автокорреляционные устройства и линии задержки: Жовинский В.Н., Арковский В.Ф. Корреляционные устройства. - М.: Энергия, 1974;
- опорно-поворотное устройство и антенная платформа: Покрас А.М., Гомов А.М. и др. Антенны земных станций спутниковой связи. - М.: Связь, 1985;
- второе решающее устройство, индикатор: Кузнецов В.А., Долгов В.А. и др. Измерения в электронике: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1987; Адгонский А.А., Дьяконов. Цифровые анализаторы спектра, сигналов и логики. - М.: Солон-Пресс, 2009.
.