УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОСТРАНСТВЕННО- И ЧАСТОТНО-КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИНОСФЕРНЫХ ВОЛН ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к области радиотехники, а конкретно к устройствам для измерения пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона и может быть использована для оценки возможности применения корреляционных методов обработки радиосигналов при обнаружении надводных и воздушных объектов удаленных на большие расстояния.
Известно «устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона», наиболее близкое по технической сущности заявленной полезной модели и выбранной в качестве прототипа. Известное устройство содержит два идентичных приемных радиоканала, каждый из которых содержит разнесенную в пространстве антенну и антенный усилитель. Причем выход каждого антенного усилителя соединен через соответствующий радиочастотный кабель с соответствующим входом усилителя высокой частоты. Выход первого усилителя высокой частоты первого приемного радиоканала и выход второго усилителя высокой частоты второго приемного радиоканала, соединены с соответствующими входами двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя, использованного с возможностью синхронного преобразования усиленных аналоговых сигналов в цифровую форму и включенного в блок обработки данных, в котором выход двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя соединен с входом ЭВМ, снабженной пакетом прикладных программ для оценки функции взаимной корреляции сигналов, поступающих с двух идентичных приемных радиоканалов. Выход ЭВМ, блока обработки данных, соединен с входом устройства отображения информации, с возможностью визуальной оценки полученных результатов. (Патент 67279. Российская Федерация, МПК G01R 25/04, 29/08, G01S 3/00, 3/02, 5/00. Устройство для оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона. Авторы Долгих В.Н., Орощук И.М. и др.; заявитель и патентообладатель ТОВМИ им. С.О.Макарова - №2007120846/22; заявл. 04.06.2007; опубл. 10.10.2007, Бюл. №28).
Известное устройство-прототип использовано для исследования пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона и использовано для оценки возможности применения корреляционных методов обработки радиосигналов при обнаружении надводных и воздушных объектов.
Однако известное устройство-прототип может быть применено только для исследования пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона. Прототип не позволяет исследовать пространственно- и частотно-корреляционные свойства ионосферных волн декаметрового диапазона, отсутствует возможность селекции измеряемых сигналов что значительно ухудшает достоверность полученных результатов, что в свою очередь затрудняет применение корреляционных методов обработки радиосигналов при обнаружении надводных и воздушных объектов удаленных на большие расстояния.
Недостатки присущие прототипу устранены заявляемой полезной моделью «Устройство для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона», технической задачей которого является создание нового быстродействующего устройства для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона.
Реализация указанной технической задачи позволяет добиться следующего технического результата:
- возможность приема электромагнитных сигналов декаметрового диапазона приемными радиоканалами, в каждом из которых дополнительно введен блок фильтрации, является необходимым условием для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн, а также позволяет обеспечить частотную селекцию сигналов во всем декаметровом диапазоне и требуемый уровень сигнала для дальнейшего преобразования в аналого-цифровом преобразователе;
- выход первого усилителя высокой частоты и выход второго усилителя высокой частоты, каждого приемного радиоканала, соединены с соответствующими входами двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя, включенного в блок обработки данных, обеспечивающим синфазность преобразования и обработки аналоговых сигналов, чем достигается увеличение точности измерения;
- в блоке обработки данных выход АЦП соединен с входом ЭВМ, снабженной пакетом прикладных программ, специально разработанных для заявленного устройства и зарегистрированных в Роспатенте. ЭВМ использована для оценки функции взаимной корреляции, что существенно сокращает время обработки и увеличивает точность оцениваемых данных;
- выход ЭВМ блока обработки данных соединен с входом устройства для отображения информации, с возможностью визуальной оценки полученных результатов, что улучшает эргономические показатели устройства в целом.
Для достижения указанного технического результата предложено «Устройство для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона», содержащее два идентичных приемных радиоканала, каждый из которых содержит разнесенную в пространстве антенну и антенный усилитель, причем выход каждого антенного усилителя соединен через соответствующий радиочастотный кабель с соответствующим входом усилителя высокой частоты. Выход первого усилителя высокой частоты первого приемного радиоканала и выход второго усилителя высокой частоты второго приемного радиоканала, соединены с соответствующими входами двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя, включенного в блок обработки данных, в котором выход двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя соединен со входом ЭВМ. Двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь использован с возможностью синхронного преобразования усиленных аналоговых сигналов в цифровую форму. Кроме того, ЭВМ снабжена пакетом прикладных программ, для оценки функции взаимной корреляции сигналов, поступающих с двух идентичных приемных радиоканалов, а выход ЭВМ, блока обработки данных, соединен с входом устройства отображения информации, с возможностью визуальной оценки полученных результатов.
Отличием заявленного устройства от прототипа является то, что в каждый из двух приемных радиоканалов, выполненных с возможностью частотной селекции ионосферных волн декаметрового диапазона, принятых разнесенными в пространстве антеннами, включено дополнительно по одному блоку фильтрации. При этом вход соответствующего блока фильтрации соединен с выходом соответствующей разнесенной в пространстве антенны, а выход каждого блока фильтрации соединен с входом соответствующего антенного усилителя. Эти отличия позволяют производить частотную селекцию требуемых радиосигналов во всем декаметровом диапазоне, исключить влияние мощных сигналов на отличных от полезного радиосигнала частотах, тем самым увеличить динамический диапазон антенных усилителей. Данная особенность повышает точность оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона.
Такое взаимное расположение конструктивных элементов и их взаимосвязи, соответствующие общим и отличительным признакам, необходимы для создания нового быстродействующего устройства для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона.
Именно наличие в заявленной полезной модели отличительных от прототипа признаков позволяет создать новое быстродействующие, высокоточное устройство для оценки пространственно и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона, которое в свою очередь может быть использовано для оценки возможности применения корреляционных методов обработки радиосигналов при обнаружении надводных и воздушных объектов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фиг.1. Устройство для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона. Функциональная схема.
Фиг.2. Устройство для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона. Схема разнесения антенн в пространстве.
На Фиг.1. представлена функциональная схема:
I - Первый приемный радиоканал
1 - Первая антенна,
2 - Первый блок фильтрации,
3 - Первый антенный усилитель (АУ),
4 - Первый радиочастотный кабель,
5 - Первый усилитель высокой частоты (УВЧ);
II - Второй приемный радиоканал
6 - Вторая антенна,
7 - Второй блок фильтрации,
8 - Второй антенный усилитель (АУ),
9 - Второй радиочастотный кабель,
10 - Второй усилитель высокой частоты (УВЧ);
III - Блок обработки данных
11 - Двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
12 - Электронно-вычислительная машина (ЭВМ),
13 - Устройство отображения информации - монитор (УОИ).
В устройстве все конструктивные узлы соединены электрической связью, при этом первый приемный радиоканал I Фиг.1 и второй приемный радиоканал II Фиг.1 идентичны по исполнению. В каждом из них использованы разнесенные в пространстве антенны. Выход первой антенны 1 Фиг.1 соединен с входом первого блока фильтрации 2 Фиг.1, а выход второй антенны 6 Фиг.1 соединен с входом второго блока фильтрации 7 Фиг.1, с возможностью частотной селекции принимаемых полезных сигналов ионосферных волн декаметрового диапазона. Выход первого и второго блоков фильтрации 2 и 7 Фиг.1 соединены с соответствующими входами антенных усилителей 3 и 8 Фиг.1, с возможностью усиления принимаемых полезных сигналов декаметрового диапазона до величины, обеспечивающей компенсацию затухания в первом радиочастотном кабеле 4 Фиг.1 и во втором радиочастотном кабеле 9 Фиг.1 соответственно. Выход первого антенного усилителя 3 Фиг.1 соединен с помощью первого радиочастотного кабеля 4 Фиг.1 с входом первого усилителя высокой частоты 5 Фиг.1, а выход второго антенного усилителя 8 Фиг.1 соединен с помощью второго радиочастотного кабеля 9 Фиг.1. с входом второго усилителя высокой частоты 10 Фиг.1, причем оба радиочастотных кабеля имеют длину от 400 до 600 метров, обеспечивающую возможность разноса первой антенны 1 Фиг.1 и второй антенны 6 Фиг.1 в пространстве и усиления выходного радиочастотного сигнала в соответствующих усилителях высокой частоты до величины необходимой для нормального срабатывания двухканального синхронного АЦП 11 Фиг.1, блока обработки данных III Фиг.1. Выходы первого усилителя высокой частоты 5 Фиг.1 и второго усилителя высокой частоты 10 Фиг.1, обоих приемных радиоканалов I и II Фиг.1, соединены с соответствующими входами двухканального синхронного АЦП 11 Фиг.1, блока обработки данных III Фиг.1, с возможностью синхронного преобразования усиленных аналоговых сигналов поступающих с них в цифровую форму. Выход двухканального синхронного АЦП II Фиг.1 соединен с входом ЭВМ 12 Фиг.1, с возможностью оценки функции взаимной корреляции между цифровыми сигналами, поступающими с первого I Фиг.1 и второго II Фиг.1 приемных радиоканалов соответственно. Выход ЭВМ 12 Фиг.1 блока обработки данных III Фиг.1 соединен с входом УОИ 13 Фиг.1 для визуальной оценки полученных результатов.
На Фиг.2. представлена схема разнесения антенн в пространстве в прямоугольной системе координат, на которой изображены:
1. OX - ось абсцисс;
2. ОУ - ось ординат, где О - начало координат;
3. α∈[0÷180°] - угол наклона позиционной линии антенн относительно направления прихода электромагнитного радиосигнала:
1
1
1
3.1. AБ - первая позиционная линия антенн, при α=0°;
2
2
2
3.2. АБ - вторая позиционная линия антенн, при α;
3
3
3
3.3. АБ - третья позиционная линия антенн, при α;
4
4
4
3.4. AБ - четвертая позиционная линия антенн, при α;
……………………………………………………………………………………
i
i
i
3.i. AБ - i-ая позиционная линия антенн, при α,
4. База антенн:
1
4.1. Первая база антенн: r - расстояние между первой и второй антеннами, равноудаленными от начала координат О;
2
4.2. Вторая база антенн: r - расстояние между первой и второй антеннами, равноудаленными от начала координат О;
……………………………………………………………………………………
n
4.n. - n-ая база антенн, r - расстояние между первой и второй антеннами, равноудаленными от начала координат О.
Принятые обозначения:
i
i - количество изменений позиционных линий антенн, определяемое точностью оценки угловых пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона, α- i-ый угол соответствующий i-му положению позиционной линии;
n
n
r - n-я база антенн, , где d - шаг перемещения антенны, который определяется требуемой точностью при оценки пространственно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона.
1
1
1
2
2
n
2
2
2
i
i
i
При первом положении позиционной линии антенн АБ и угле наклона α=0° производится оценка функции взаимной корреляции при первой базе антенн r. После оценки функции взаимной корреляции в первом положении база антенн меняется до r и снова производится оценка функции взаимной корреляции. Затем база антенн последовательно изменяется от r до r и оценивается функция взаимной корреляции для каждого положения базы антенн соответственно. Аналогичные действия выполняются при перемещении позиционной линии антенн во второе положение АБ и угле наклонна α и последовательно до положения АБ с углом наклона α.
Устройство работает следующим образом
В наземных условиях при исследовании электромагнитных радиосигналов декаметрового диапазона, и как широко принято в науке и технике радиолокации до даты приоритета заявленной полезной модели, радиосигнал декаметрового диапазона с передающих радиостанций, характерных для исследуемого района, поступает на вход первой антенны 1 Фиг.1 первого приемного радиоканала I Фиг.1 и на вход второй антенны 6 Фиг.1 второго приемного радиоканала II Фиг.1. После этого в первой антенне 1 Фиг.1 и во второй антенне 6 Фиг.1 осуществляют предварительную пространственную фильтрацию принимаемого электромагнитного радиосигнала. Предварительно обработанный электромагнитный радиосигнал с выхода первой антенны 1 Фиг.1 поступает на вход первого блока фильтрации 2 Фиг.1, а с выхода второй антенны 6 Фиг.1 на вход второго блока фильтрации 7 Фиг.1, в которых производят частотную селекцию полезных сигналов. Отфильтрованный электромагнитный радиосигнал с первого блока фильтрации 2 Фиг.1 поступает на вход первого антенного усилителя 3 Фиг.1, а отфильтрованный электромагнитный радиосигнал со второго блока фильтрации 7 Фиг.1 - на соответствующий вход второго антенного усилителя 8 Фиг.1. В антенных усилителях 3 и 8 Фиг.1 происходит усиление отфильтрованных электромагнитных радиосигналов до величины, обеспечивающей компенсацию затухания в первом радиочастотном кабеле 4 Фиг.1 и во втором радиочастотном кабеле 9 Фиг.1 соответственно. С выхода первого антенного усилителя 3 Фиг.1 усиленный электромагнитный радиосигнал по первому радиочастотному кабелю 4 Фиг.1 поступает на вход первого усилителя высокой частоты 5 Фиг.1, а с выхода второго антенного усилителя 7 Фиг.1 усиленный электромагнитный радиосигнал по второму радиочастотному кабелю 9 Фиг.1 поступает на вход второго усилителя высокой частоты 10 Фиг.1. Первый радиочастотный кабель 4 Фиг.1 и второй радиочастотный кабель 9 Фиг.1 обеспечивают соответствующий разнос в пространстве первой антенны 1 Фиг.1 и второй антенны 6 Фиг.1 на расстояние 800-1200 метров друг от друга, согласно схеме приведенной на Фиг.2. Соответствующие электромагнитные радиосигналы, отфильтрованные и предварительно усиленные, по радиочастотному кабелю 4 Фиг.1 и 9 Фиг.1 поступают на соответствующие первый усилитель высокой частоты 5 Фиг.1 и второй усилитель высокой частоты 10 Фиг.1. Далее они усиливаются до величины необходимой для нормального срабатывания двухканального синхронного АЦП 11 Фиг.1, блока обработки данных III Фиг.1. С выхода первого усилителя высокой частоты 5 Фиг.1 и второго усилителя высокой частоты 10 Фиг.1 обоих приемных радиоканалов, усиленные аналоговые электромагнитные радиосигналы параллельно поступают на соответствующие входы двухканального синхронного АЦП 11 Фиг.1, блока обработки данных III Фиг.1. В двухканальном синхронном АЦП 11 Фиг.1 усиленные аналоговые электромагнитные радиосигналы, поступающие с первого приемного радиоканала I Фиг.1 и второго приемного радиоканала II Фиг.1, синхронно преобразуются в цифровую форму, после чего с выхода двухканального синхронного АЦП 11 Фиг.1. цифровые электромагнитные радиосигналы поступают на вход ЭВМ 12 Фиг.1. В ЭВМ 12 Фиг.1 использована программа для ЭВМ: свидетельство №2009613322 зарегистрировано 25.06.2009, Российская Федерация; Двухканальный спектрально-корреляционный анализатор-пеленгатор (Spectral-correlation direction finder) / Орощук И.М., Линник И.А., Сучков А.Н., Васильев М.В.; правообладатель Орощук И.М.- 2009612158; заявл. 08.05.2009 а так же другие специализированные программы. С помощью пакета прикладных программ осуществляют оценку функции взаимной корреляции между цифровыми электромагнитными радиосигналами, поступающими с двухканального синхронного АЦП II Фиг.1. с первого приемного радиоканала I Фиг.1 и второго приемного радиоканала П Фиг.1. С выхода ЭВМ 12 Фиг.1 блока обработки данных III Фиг.1 результирующий сигнал, содержащий данные об оценке функции взаимной корреляции между цифровыми электромагнитными радиосигналами первого приемного радиоканала I Фиг.1 и второго приемного радиоканала II Фиг.1, поступают на вход УОИ 13 Фиг.1. для визуальной оценки полученных результатов в удобном для пользователя виде.
Таким образом, заявленная полезная модель «Устройство для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств ионосферных волн декаметрового диапазона» является новым устройством для оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств электромагнитных радиосигналов декаметрового диапазона. Заявленное устройство обладает следующими достоинствами:
- возможностью оценки пространственно- и частотно-корреляционных свойств электромагнитных сигналов декаметрового диапазона;
- достоверностью и точностью полученных данных, обеспечиваемой идентичностью исполнения приемных каналов, использованием двухканального синхронного АЦП и ЭВМ;
- достаточно высокой скоростью обработки данных, которая обеспечивается использованием соответствующего АЦП и ЭВМ с пакетом прикладных программ;
- общенаучной значимостью данных о пространственно- и частотно-корреляционных свойствах ионосферных волн декаметрового диапазона, которые в перспективе позволят разработать новые радиолокационные станции с применением корреляционных методов обработки радиосигналов, для обнаружения малошумящих надводных и воздушных объектов, удаленных на большие расстояния.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как для его реализации используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной технике.