Имитатор пространственно-разнесенных источников радиоизлучения
SPATIALLY DISTRIBUTED RADIO EMISSION SOURCES SIMULATOR

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам имитации источников радиоизлучений (ИРИ), и может быть использовано при оценке показателей качества средств радиопеленгования и систем местоопределения, а также для обучения обслуживающего персонала указанных средств.
Известен имитатор радиосигналов [Патент РФ №2207586, G01S 7/02, 2001], позволяющий имитировать радиосигналы с заданной начальной фазой, различного вида и параметрами.
Недостатком указанного устройства является низкая технологичность и сложность имитации пространственно-разнесенных ИРИ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является устройство - имитатор радиосигналов [Патент РФ №149476, G01S 7/02, 2014], позволяющий формировать сигналы с различными значениями амплитуды, частоты и начальной фазы, что позволяет имитировать радиосигналы ИРИ на различных частотах с различными видами модуляции, и содержащий генератор синхросигналов, устройство управления (УУ), запоминающее устройство (ЗУ) и накапливающий сумматор.
Недостатком указанного устройства является низкая технологичность и сложность имитации пространственно-разнесенных ИРИ.
Сущность изобретения заключается в одновременном формировании двух групп (1…j) и (j+1…N) сигналов с различными фазовыми сдвигами в каждой группе относительно фазы сигнала в одном первом опорном канале и подаче сигналов каждой группы на вход соответствующего фазового пеленгатора, причем количество формируемых сигналов в группе соответствует количеству каналов соответствующего фазового пеленгатора. Этим достигается имитация работы ИРИ с заданного местоположения за счет вычисления двух значений пеленгов по результатам приема сигналов с заданными фазовыми сдвигами.
Техническим результатом изобретения является имитация работы ИРИ с заданного местоположения за счет вычисления двух значений пеленгов по заданным координатам ИРИ и одновременного формирования двух групп (1…j) и (j+1…N) сигналов с различными фазовыми сдвигами в каждой группе относительно фазы сигнала в одном первом канале, который является опорным.
Технический результат достигается тем, что в имитатор пространственно-разнесенных источников радиоизлучения, содержащий генератор синхросигналов и последовательно соединенные УУ, первое ЗУ и накапливающий сумматор, дополнительно введены N - каналов формирования сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные четвертое ЗУ, фазосдвигающее устройство и устройство формирования сигнала, при этом вторые входы фазосдвигающих устройств всех каналов объединены и соединены с выходом накапливающего сумматора, второе ЗУ и третье ЗУ, при этом их первые входы объединены и соединены с третьим выходом УУ, а вторые входы объединены со вторым входом первого ЗУ и соединены со вторым выходом УУ, при этом второе ЗУ имеет j-выходов, а третье ЗУ имеет (N-j)-выходов таким образом, что с первого по j-й выход второго ЗУ соединены с соответствующими первыми входами четвертого ЗУ с первого по j-й канал формирования сигналов (j<N), а с j+1 по N-й выход третьего ЗУ соединены с соответствующими первыми входами четвертого ЗУ с j+1 по N-й канал формирования сигналов, при этом выходы устройств формирования сигнала являются выходами имитатора.
Технический результат достигается тем, что в имитаторе пространственно-разнесенных источников радиоизлучения устройство управления содержит последовательно соединенные устройство задания кода режима работы, шестое ЗУ и индикатор, при этом вход пятого ЗУ соединен с объединенным первым выходом устройства задания кода режима работы, второй выход которого является вторым выходом устройства управления, а объединенный выход пятого ЗУ является первым выходом устройства управления, при этом второй вход индикатора соединен с объединенным выходом пятого ЗУ, а блок расчета значений пеленгов, выход которого является третьим выходом устройства управления, соединен своим входом с объединенным выходом шестого ЗУ.
Известно [И.С. Кукес, М.Е. Старик. Основы радиопеленгации. - М.: Советское радио, 1964 г., 324 с., с. 33-35], что при фазовом пеленговании пространственно-разнесенных ИРИ из-за разности хода лучей сигналы на входе пеленгатора имеют различные фазовые сдвиги относительно фазы одного из сигналов, являющегося опорным. Также известно [А.И. Куприянов, А.В. Сахаров. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: Учебное пособие. - М.: Вузовская книга, 2007. - 356 с., с. 37-41], что при триангуляционном методе определение местоположения ИРИ осуществляется по результатам определения координат точки пересечения линий пеленгов на ИРИ от двух радиопеленгаторов, разнесенных в пространстве и имеющих известные координаты. Поэтому согласно изобретению, если формировать две группы (1…j) и (j+1…N) сигналов с различными фазовыми сдвигами в каждой группе относительно фазы сигнала одного первого опорного канала и подать сигналы соответствующей группы на вход соответствующего радиопеленгатора с известными координатами, то в результате обработки принятых сигналов на выходе каждого радиопеленгатора будет получено значение пеленга. Таким образом, в системе местоопределения, состоящей из двух радиопеленгаторов, разнесенных в пространстве и имеющих известные координаты, будет приниматься сигнал ИРИ с заданными координатами [И.С. Кукес, М.Е. Старик. Основы радиопеленгации. - М.: Советское радио, 1964 г, 324 с., с. 33-35]. Фазовый сдвиг сигнала в каждом канале определяется [И.С. Кукес, М.Е. Старик. Основы радиопеленгации. - М.: Советское радио, 1964 г, 324 с., с. 33-35] заданной геометрией пеленгаторной антенной системы (количество антенных элементов и расстояние между ними) и заданными координатами ИРИ. Например, для модели трехэлементной эквидистантой пеленгаторной антенной решетки расчет заданных фазовых сдвигов осуществляется в соответствии со следующими выражениями:
где b - расстояние между антенными элементами имитируемой трехэлементной антенной решетки;  - длина волны сигнала ИРИ; с - скорость света.
На фиг. 1 представлена функциональная схема имитатора пространственно-разнесенных ИРИ, где введены следующие обозначения: 1 - генератор синхросигналов; 2 - устройство управления; 3.1 - первое ЗУ; 3.2 - второе ЗУ; 3.3 - третье ЗУ; 3.4 - четвертое ЗУ; 4 - накапливающий сумматор; 5 - фазосдвигающее устройство; 6 - устройство формирования сигнала.
На фиг. 2 представлена функциональная схема УУ 2, где введены следующие обозначения: 3.5 - пятое ЗУ; 3.6 - шестое ЗУ; 7 - устройство задания кода режима работы; 8 - индикатор; 9 - блок расчета значений пеленгов.
Устройство управления 2 предназначено для выбора режима работы и соответствующих ему параметров ИРИ и формируемого сигнала (центральная частота и начальная фаза, координаты ИРИ и соответствующие им пеленги на ИРИ, соответствующие заданным пеленгам значения фазовых сдвигов в сигналах для каждого канала); передачи кодов частоты и пеленгов в первое ЗУ 3.1, второе ЗУ 3.2 и третье ЗУ 3.3 соответственно и команд на считывание этих кодов в четвертое ЗУ 3.4, накапливающий сумматор 4, а также на считывание значений фазовых сдвигов в фазосдвигающие устройства 5 соответственно.
Со второго по шестое ЗУ 3.2-3.6 предназначены для буферного (оперативного) хранения: кодов значений первого и второго пеленгов; кодов, вносимых в формируемый сигнал фазовых сдвигов; кода значения частоты формируемого сигнала и его начальной фазы; кодов значений прямоугольных координат ИРИ.
1
1
2
2
Блок расчета значений пеленгов 9 предназначен для расчета значений пеленгов в соответствии с заданными координатами ИРИ и геометрией радиопеленгаторной сети (известных координат радиопеленгаторов и расстояния между ними). Это может быть реализовано, например, для радиопеленгаторной сети, состоящей из двух разнесенных в пространстве фазовых радиопеленгаторов с известными координатами (Х, Y) и (X, Y), расчет заданных пеленгов осуществляется исходя из следующих выражений:
3
3
где Х, Y - заданные координаты ИРИ,
1
зад1
зад2
1
α=α-Θ, β=Θ-β,
зад1
зад2
Θ, Θ - рассчитываемые значения пеленгов,
1
1
α, β - угол между направлением истинного меридиана и линией базы пеленгования для первого и второго радиопеленгатора соответственно.
Второе ЗУ 3.2, третье ЗУ 3.3, пятое ЗУ 3.5, шестое ЗУ 3.6 и блок расчета значений пеленгов 9 могут быть реализованы, например, на основе микроконтроллера, например ATmega64A (http://www.atmel.com/devices/-atmega-64A.aspx).
Первое ЗУ 3.1, четвертое ЗУ 3.4, накапливающий сумматор 4, фазосдвигающие устройства 5, устройства формирования сигнала 6 могут быть выполнены, например, в виде синтезатора частот прямого цифрового синтеза, например AD9959 (http://www.analog.com/ru/rfif-components/direct-digital-synthesis-dds/ad9959/products/product.html).
Устройство задания кода режима работы 7 предназначено для передачи в пятое и шестое ЗУ 3.5 и 3.6 кода режима работы и информации о соответствующих ему частоте формируемого радиосигнала и координатах его источника, а также для передачи в первое ЗУ 3.1, второе ЗУ 3.2 и третье ЗУ 3.3 соответственно и команд на считывание этих кодов в четвертое ЗУ 3.4, накапливающий сумматор 4, а также на считывание значений фазовых сдвигов в фазосдвигающие устройства 5 соответственно.
Устройство задания кода режима работы 7 может быть реализовано, например, на основе механического инкрементного валкодера серии PEC 11 фирмы BOURNS (http://www.stas633.narod.ru/ProVse/Valcoder/Encoder.html).
Фазосдвигающее устройство 5 предназначено для алгоритмического суммирования значений начальной фазы сигнала в каждом канале и дополнительного фазового сдвига, тем самым осуществляя поворот фазы сигнала в соответствии с заданным в УУ 2 значениями пеленгов на ИРИ.
Индикатор 10 предназначен для отображения частоты формируемого сигнала и координат его ИРИ и может быть выполнен на основе LCD индикатора WH1602B (http://www.compel.ru/infosheet/WINSTAR/WH1602B-YGK-СТKА/).
Имитатор пространственно-разнесенных ИРИ содержит генератор синхросигналов 1 и последовательно соединенные УУ 2, первое ЗУ 3.1 и накапливающий сумматор 4, дополнительно введенные N-каналов формирования сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные четвертое ЗУ 3.4, фазосдвигающее устройство 5 и устройство формирования сигнала 6, при этом вторые входы фазосдвигающих устройств 5 всех каналов объединены и соединены с выходом накапливающего сумматора 4, второе ЗУ 3.2 и третье ЗУ 3.3, при этом их первые входы объединены и соединены с третьим выходом УУ 2, а вторые входы объединены со вторым входом первого ЗУ 3.1 и соединены со вторым выходом УУ 2, при этом второе ЗУ 3.2 имеет j-выходов, а третье ЗУ 3.3 имеет (N-j)-выходов таким образом, что с первого по j-й выход второе ЗУ 3.2 соединено с соответствующими первыми входами четвертых ЗУ 3.4 с первого по j-й канал формирования сигналов (j<N), а с j+1 по N-й выход третье ЗУ 3.3 соединено с соответствующими первыми входами четвертых ЗУ 3.4 с j+1 по N-й канал формирования сигналов, при этом выходы устройств формирования сигнала 6 являются выходами имитатора пространственно-разнесенных ИРИ.
Устройство управления 2 выполнено в виде последовательно соединенных устройства задания кода режима работы 7, шестого ЗУ 3.6 и индикатора 8, при этом вход пятого ЗУ 3.5 соединен с объединенным первым выходом устройства задания кода режима работы 7, второй выход которого является вторым выходом устройства управления 2, а объединенный выход пятого ЗУ 3.5 является первым выходом устройства управления 2, при этом второй вход индикатора 8 соединен с объединенным выходом пятого ЗУ 3.5, а блок расчета значений пеленгов 9, выход которого является третьим выходом устройства управления 2, соединен своим входом с объединенным выходом шестого ЗУ 3.6.
Имитатор пространственно-разнесенных ИРИ работает следующим образом.
T
0
0
зад1
зад2
3
3
0
0
зад1
зад2
i,n
зад1
зад2
i,n
i,n
0
0
i,n
С выхода генератора синхросигналов 1 синхросигнал опорной частоты F поступает на второй вход накапливающего сумматора 4. С первого выхода устройства управления 2 на первом такте работы на первый вход первого ЗУ 3.1 поступают коды значения частоты ƒ формируемого сигнала и его начальной фазы ϕ и записываются в нем. Одновременно с этим с третьего выхода устройства управления 2 одновременно на первые входы второго ЗУ 3.2 и третьего ЗУ 3.3 поступают коды значений пеленгов Θ и Θ, соответствующих заданным координатам ИРИ (X, Y) и геометрии радиопеленгаторной сети, и записываются в них. После записи кода значения частоты ƒ сигнала, его начальной фазы ϕ и кодов значений пеленгов Θ и Θ со второго выхода устройства управления 2 одновременно на объединенные вторые входы второго ЗУ 3.2 и третьего ЗУ 3.3 поступает команда на расчет значений фазовых сдвигов Δϕ, n, i∈[1, N] для заданных пеленгов Θ и Θ (азимутов) на ИРИ и геометрии пеленгаторных антенных решеток. После этого на объединенные вторые входы первого ЗУ 3.1 и четвертого ЗУ 3.4 каждого канала формирования сигнала с заданной фазой со второго выхода устройства управления 2 поступает команда на запись кодов значений фазовых сдвигов Δϕ в четвертые ЗУ 3.4. После записи кодов значений фазовых сдвигов Δϕ со второго выхода устройства управления 2 на объединенные вторые входы первого ЗУ 3.1 и четвертого ЗУ 3.4 каждого канала формирования сигнала с заданной фазой поступает команда на одновременное считывание кода значения частоты ƒ сигнала, его начальной фазы ϕ и записи его в накапливающий сумматор 4, а также считывание кодов значений фазовых сдвигов Δϕ с выходов четвертых ЗУ 3.4 и записи их в фазосдвигающие устройства 5 соответственно.
0
0
0
0
0
i,n
n
0
0
i,n
1
0
0
n
0
0
i,n
i,n
зад
0
n
В этом случае выходной код накапливающего сумматора 4 представляют собой код полной фазы сигнала Δϕ=2πƒt+ϕ, с учетом его начальной фазы ϕ, который поступает одновременно на первые входы фазосдвигающих устройств 5 всех каналов формирования сигнала с заданной фазой. В фазосдвигающем устройстве 5 осуществляется сложение значения полной фазы сигнала Δϕ=2πƒt+ϕ и рассчитанных значений фазовых сдвигов Δϕ-Δϕ=2πƒt+ϕ+Δϕ. При этом в первом канале дополнительный фазовый сдвиг не вносится Δϕ=2πƒt+ϕ, т.к. он является опорным. Следовательно, на выходах фазосдвигающих устройств 5 всех каналов формирования сигнала с заданной фазой имитатора пространственно-разнесенных ИРИ формируются коды мгновенной фазы Δϕ=2πƒt+ϕ+Δϕ сигнала с учетом соответствующих вносимых фазовых сдвигов Δϕ, определяемых заданным азимутом (пеленгом) Θ на ИРИ и геометрией имитируемой пеленгаторной антенной решетки. При этом взаимосвязь частоты генерируемого колебания ƒ и мгновенного значения фазы Δϕ определяется следующим выражением (см. http://www.wubblick.com):
,
n
m
где Δϕ=1, 2, …2, m - разрядность накапливающего сумматора 7.
n
n
0
i,n
После этого с выхода фазосдвигающих устройств 5 каждого канала сформированные коды мгновенного значения фазы Δϕ поступают на соответствующие входы устройств формирования сигнала 6. В устройствах формирования сигнала 6 каждого канала в соответствии с пришедшим кодом мгновенного значения фазы Δϕ формируется непрерывный синусоидальный сигнал заданной частоты ƒ и фазой Δϕ. Таким образом, на выходе каждого канала формирования сигнала с заданной фазой имитатора пространственно-разнесенных ИРИ будет сформирован сигнал, который можно записать в виде:
Следовательно, после подачи сформированных сигналов с заданными фазами с выхода соответствующих каналов имитатора пространственно-разнесенных ИРИ на соответствующие входы радиопеленгатора, в результате обработки принятых сигналов на выходе каждого радиопеленгатора будет получено значение заданного пеленга.
0
0
зад1
зад2
0
0
3
3
0
0
3
3
Устройство управления 2 работает следующим образом. На первом такте работы с выхода устройства задания кода режима работы 7 для задания соответствующих значений частоты ƒ и начальной фазы ϕ формируемого сигнала, а также пеленгов Θ и Θ для каждого радиопеленгатора одновременно на объединенные входы пятого ЗУ 3.5 и шестого ЗУ 3.6 поступает код режима, представляющий собой команду на выбор соответствующего этому режиму кода значения частоты ƒ, начальной фазы ϕ и координат ИРИ (X, Y) в прямоугольной системе координат. После этого код значения частоты ƒ и начальной фазы ϕ с объединенного выхода пятого ЗУ 3.5 одновременно поступает на первый выход устройства управления 2 и второй вход индикатора 8. Одновременно с этим с выхода шестого ЗУ 3.6 код координат ИРИ (X, Y) поступает на вход блока расчета значений пеленгов 9, в котором осуществляется расчет значений пеленгов на ИРИ с каждого из радиопеленгаторов в соответствии с заданными координатами ИРИ и геометрией радиопеленгаторной сети (известных координат радиопеленгаторов и расстояния между ними) и первый вход индикатора 8.