КОНТРОЛЬНЫЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ОТВЕТЧИК

Полезная модель относится к средствам контроля параметров устройств систем, использующих вторичное излучение радиоволн, в частности, к устройствам контроля параметров сигналов запросчиков систем госопознавания и вторичной радиолокации.
Уровень техники.
Известно устройство - контрольный радиолокационный ответчик, содержащее (Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Пер. с англ.; Т.3. - М.: Сов. Радио, 1978, с.489) антенну, преселектор, смеситель и усилитель промежуточной частоты (УПЧ), детектор и видеоусилитель (ВУ), местный гетеродин, декодер, передатчик, модулятор, кодер, причем выход антенны подключен к первому входу преселектора, выход преселектора подключен ко входу смесителя и УПЧ, к другому входу которого подключен местный гетеродин, а к выходу-вход детектора и ВУ, выход детектора и ВУ подключен ко входу декодера, выход декодера подключен ко входу кодера, выход кодера подключен ко входу модулятора, выход модулятора подключен ко входу передатчика, выход которого подключен ко второму входу преселектора. Принцип применения этого устройства для контроля заключается в излучении запросчиком пакетов запросных сигналов, вызывающих выдачу устройством и прием запросчиком пакетов ответных сигналов, наблюдаемых контролирующим лицом на устройствах отображения запросчика.
Недостатком известного устройства является невозможность дистанционного сплошного оперативного контроля с его помощью параметров запросных сигналов без непосредственного контакта контролирующего лица с аппаратурой запросчиков, обусловленная отсутствием в данном устройстве функций декодирования запросных сигналов, параметры которых не соответствуют установленным нормам, пакетной сопоставительной обработки запросных и соответствующих им ответных сигналов, а также отображения ее результатов, привязанных к текущему времени и местоположению воздушного объекта в случае размещения на нем контрольного радиолокационного ответчика и контролирующего лица.
Постановка задачи.
Задачей полезной модели является обеспечение возможности дистанционного сплошного оперативного контроля с ее помощью параметров сигналов запросчиков, не требующей присутствия контролирующих лиц на проверяемых запросчиках, и предполагающей размещение единственного контролирующего лица на борту воздушного объекта-носителя полезной модели и выполнение полета этим объектом через зоны действия контролируемых запросчиков.
Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является наделение известного устройства функциями декодирования запросных сигналов, параметры которых не соответствуют установленным нормам, пакетной сопоставительной обработки запросных и соответствующих им ответных сигналов, а также отображения ее результатов, привязанных к текущему времени и местоположению воздушного объекта-носителя полезной модели.
Сущность полезной модели.
Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата достигаются тем, что контрольный радиолокационный ответчик, включающий антенну, преселектор, смеситель и УПЧ, детектор и ВУ, местный гетеродин, декодер, передатчик, модулятор, кодер, причем выход антенны подключен к первому входу преселектора, выход преселектора подключен ко входу смесителя и УПЧ, к другому входу которого подключен местный гетеродин, а к выходу-вход детектора и ВУ, выход детектора и ВУ подключен ко входу декодера, выход декодера подключен ко входу кодера, выход кодера подключен ко входу модулятора, выход модулятора подключен ко входу передатчика, выход которого подключен ко второму входу преселектора, согласно полезной модели дополнительно содержит устройство регистрации, процессорное устройство, устройство отображения и приемник спутниковой радионавигационной системы (СРНС), причем к первому входу устройства регистрации подключен выход детектора и ВУ, ко второму входу-выход декодера, выход устройства регистрации подключен к первому входу процессорного устройства, ко второму входу процессорного устройства подключен выход приемника СРНС, выход процессорного устройства подключен ко входу устройства отображения.
При этом устройство регистрации включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП), селектор видеоимпульсов (ВИ), регистр, тактовый генератор, счетчик, схему управления и интерфейса и буферное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), причем первый вход АЦП соединен внешней связью с выходом детектора и ВУ, первый вход регистра соединен внешней связью с выходом декодера, выход тактового генератора соединен со вторым входом АЦП, входом счетчика и первым входом схемы управления и интерфейса, выход АЦП соединен со входом селектора ВИ, выход селектора ВИ соединен со вторым входом регистра и вторым входом схемы управления и интерфейса, выход регистра соединен с первым входом буферного ОЗУ, выход счетчика соединен с третьим входом схемы управления и интерфейса и со вторым входом буферного ОЗУ, четвертый вход схемы управления и интерфейса, третий вход и выход буферного ОЗУ соединены внешними связями с процессорным устройством.
Обоснование достижения заявленного технического результата и решения поставленной задачи.
Дополнение контрольного радиолокационного ответчика устройством регистрации, процессорным устройством, устройством отображения и приемником СРНС, причем к первому входу устройства регистрации подключен выход детектора и ВУ, ко второму входу-выход декодера, выход устройства регистрации подключен к первому входу процессорного устройства, ко второму входу процессорного устройства подключен выход приемника СРНС, выход процессорного устройства подключен ко входу устройства отображения позволяет декодировать импульсы кодов запросных сигналов, в том числе запросных сигналов, параметры которых не соответствуют установленным нормам, выделить из смешанного потока запросных сигналов множества запросчиков пакеты сигналов отдельных запросчиков, сопоставить их с сигналами запуска кодера и на основе сопоставительного анализа числа запросных сигналов и числа соответствующих им сигналов запуска кодера для каждого из запросчиков принять и предоставить контролирующему лицу решение о соответствии или несоответствии излученных им сигналов установленным нормам, привязанное к текущему моменту времени и местоположению объекта-носителя устройства: если число запросных сигналов в пакете вызвавших срабатывание декодера на запуск сигналов кодера не менее определенного порога, то сигналы запросчика соответствуют норме, если менее - то не соответствуют, причем уровень порога определяется заданной достоверностью контроля. В целом новые функции заявляемой полезной модели позволяют обеспечить возможность дистанционного сплошного оперативного контроля с ее помощью параметров сигналов запросчиков, не требующую присутствия контролирующих лиц на проверяемых запросчиках, и предполагающую размещение единственного контролирующего лица на борту воздушного объекта-носителя полезной модели и выполнение полета этим объектом через зоны действия контролируемых запросчиков. Выполнение устройства регистрации включающим АЦП, селектор ВИ, регистр, тактовый генератор, счетчик, схему управления и интерфейса и буферное ОЗУ, причем первый вход АЦП соединен внешней связью с выходом детектора и ВУ, первый вход регистра соединен внешней связью с выходом декодера, выход тактового генератора соединен со вторым входом АЦП, входом счетчика и первым входом схемы управления и интерфейса, выход АЦП соединен со входом селектора ВИ, выход селектора ВИ соединен со вторым входом регистра и вторым входом схемы управления и интерфейса, выход регистра соединен с первым входом буферного ОЗУ, выход счетчика соединен с третьим входом схемы управления и интерфейса и со вторым входом буферного ОЗУ, четвертый вход схемы управления и интерфейса, третий вход и выход буферного ОЗУ соединены внешними связями с процессорным устройством, позволяет снять с детектора и ВУ и отселектировать импульсы кодов запросных сигналов, снять с выхода декодера сигналы запуска кодера на выдачу ответных сигналов, измерить параметры этих импульсов и сигналов, в том числе интервалы времени между ними, представить результаты измерений в цифровом виде и передать их на обработку в процессорное устройство, т.е. представляет собой рациональный вариант реализации устройства регистрации в интересах решения поставленной технической задачи.
Описание чертежей.
На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемой полезной модели, фиг.2 поясняет принцип ее действия, на фиг.3 представлена функциональная схема устройства регистрации и на фиг.4 представлен в обобщенном виде алгоритм работы процессорного устройства.
Описание полезной модели в статике.
Контрольный радиолокационный ответчик включает антенну 1, преселектор 2, смеситель и УПЧ 3, детектор и ВУ 4, местный гетеродин 5, декодер 6, передатчик 7, модулятор 8, кодер 9, приемник СРНС 10, устройство регистрации 11, процессорное устройство 12 и устройство отображения 13. Выход антенны 1 подключен к первому входу преселектора 2, выход преселектора 2 подключен ко входу смесителя и УПЧ 3, к другому входу смесителя и УПЧ 3 подключен местный гетеродин 5, к выходу смесителя и УПЧ 3 подключен вход детектора и ВУ 4, выход детектора и ВУ 4 подключен ко входу декодера 6 и к первому входу устройства регистрации 11, выход декодера 6 подключен ко входу кодера 9 и второму входу устройства регистрации 11, выход кодера 9 подключен ко входу модулятора 8, выход модулятора 8 подключен ко входу передатчика 7, выход передатчика 7 подключен ко второму входу преселектора 2, выход устройства регистрации 11 подключен к первому входу процессорного устройства 12, выход процессорного устройства 12 подключен ко входу устройства отображения 13, выход приемника СРНС 10 подключен ко второму входу процессорного устройства 12. Устройство регистрации 11 включает АЦП 14, селектор ВИ 15, регистр 16, тактовый генератор 17, схему управления и интерфейса 18, счетчик 19 и буферное ОЗУ 20, причем первый вход АЦП 14 соединен внешней связью с выходом детектора и ВУ 4, первый вход регистра 16 соединен внешней связью с выходом декодера 6, выход тактового генератора соединен со вторым входом АЦП 14, входом счетчика 19 и первым входом схемы управления и интерфейса 18, выход АЦП 14 соединен со входом селектора ВИ 15, выход селектора ВИ 15 соединен со вторым входом регистра 16 и вторым входом схемы управления и интерфейса 18, выход регистра 16 соединен с первым входом буферного ОЗУ 20, выход счетчика 19 соединен с третьим входом схемы управления и интерфейса 18 и со вторым входом буферного ОЗУ 20, четвертый вход схемы управления и интерфейса 18, третий вход и выход буферного ОЗУ 20 соединены внешними связями с процессорным устройством 12.
В качестве процессорного устройства 12, устройства отображения 13 и приемника СРНС 10 может быть использован любой промышленный компьютер или ноутбук со встроенным или внешним GPS-навигатором (например, предлагаемые фирмой Prosoft, www.prosoft.ru). Устройство регистрации 11 может быть выполнено на микросхемах сверхбольшой степени интеграции (в качестве АЦП может быть использована микросхема АЦП типа AD9058 фирмы Analog Devices, в качестве буферного ОЗУ могут быть использованы микросхемы статического ОЗУ, например, типа K6R1008 фирмы Samsung, остальные функциональные узлы могут быть выполнены на ПЛИС, например, типа EPF10K20 фирмы Altera). Для связи устройства регистрации 11 с процессорным устройством 12 могут быть использованы стандартные внешние или внутренние интерфейсы компьютера или ноутбука (М. Гук Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. - СПб: Питер, 2001, с.419-421, с.627-630).
Описание полезной модели в динамике. При полете воздушного объекта с контрольным радиолокационным ответчиком на борту через зоны действия контролируемых запросчиков в направлении этого воздушного объекта ими излучаются квазипериодические серии сигналов (пакеты запросных сигналов). Каждый из запросных сигналов представляет собой последовательность импульсов кода, которые принимаются (см. фиг.1) антенной 1 предлагаемого устройства, преобразуется с помощью преселектора 2, местного гетеродина 5 и смесителя и УПЧ 3 в импульсы, усиленные на промежуточной частоте. Далее эти импульсы детектируются и усиливаются детектором и ВУ 4 и поступают на декодер 6 в виде видеоимпульсов. При декодировании сигнала проверяется соответствие параметров составляющих его видеоимпульсов установленным нормам. Если параметры соответствует этим нормам, т.е. запросный сигнал является правильным, то в декодере 6 вырабатывается сигнал, запускающий кодер 9 для выработки импульсов, составляющих код ответного сигнала и управляющих модулятором 8. Модулятор 8 запускает передатчик 7, формирующий сигнал ответа, который проходит через преселектор 2 и излучается через антенну 1. Если параметры видеоимпульсов запросного сигнала не соответствует нормам, т.е. запросный сигнал является не правильным, сигнал запуска кодера 9 декодером 6 не вырабатывается и, следовательно, ответные сигнал запросчику не выдается.
Правильные запросные сигналы в процессе приема могут искажаться помехами и при декодировании могут быть восприняты им как не правильные. Напротив, запросные сигналы с отклонениями от установленных норм, случайно могут образовать правильный сигнал. Следовательно, по отдельным сигналам ввиду влияния на них помех достоверно заключение о соответствии или несоответствии излучений запросчика установленным нормам сделано быть не может. Кроме того, по отдельным сигналам затруднительно идентифицировать излучившие их запросчики, особенно, если временные базы пакетов сигналов накладываются. Между тем, обе перечисленные ситуации искажений сигналов помехами являются редкими. Поэтому в пакетах сигналов запросчиков, работающих без отклонений от установленных норм, будут преобладать правильные сигналы, а в пакетах сигналов запросчиков, работающих с отклонениями, не правильные. Эти различия положены в основу обработки видеоимпульсов кода и сигналов запуска кодера в устройстве регистрации 11 и процессорном устройстве 12.
Одновременно с поступлением на декодер 6 видеоимпульсы с выхода детектора и ВУ 4 поступают на первый вход устройства регистрации 11. На второй вход устройства регистрации 11 поступают сигналы запуска кодера с выхода декодера 6.
Z
Z
ZC
В устройстве регистрации (фиг.3) видеоимпульсы с выхода детектора и ВУ 4 поступают на вход АЦП 14 и преобразуются им в последовательность цифровых отсчетов, поступающих на вход селектора ВИ 15. Селектор ВИ 15 из поступающих на него отсчетов амплитуды видеоимпульсов выделяет группы смежных отсчетов, соответствующих видеоимпульсам кода в пределах допусков, больших нормативно установленных для срабатывания декодера 6, что учитывает возможные сверхнормативные отклонения этих параметров. Цифровые коды амплитудных параметров этих видеоимпульсов фиксируются регистром 16, поступая на его второй вход, а временные - счетчиком 19. Фиксация временных параметров производится путем использования сигналов тактового генератора 17 одновременно для тактирования АЦП, наращивания значений счетчика 19 и синхронизации выработки сигналов управления схемой управления и интерфейса 18 при поступлении на нее сигналов с выхода селектроа ВИ 15. При выполнении условий селекции видеоимпульсов селектор ВИ 15 выдает сигнал на схему управления и интерфейса 16, которая, в свою очередь, вырабатывает управляющие сигналы для записи в буферное ОЗУ 20 цифровых кодов параметров видеоимпульсов с выхода регистра 16 и счетчика 19, а также сигнал готовности к передаче данных на процессорное устройство 11. Процессорное устройство 11, получив сигнал готовности, вырабатывает сигнал чтения данных из буферного ОЗУ 20 и считывает с него данные для дальнейшей процессорной обработки. Сигналы запуска кодера поступают на другой вход регистра 16 и на схему управления и интерфейса 18, которая передает в буферное ОЗУ 20 и далее в процессорное устройство 12 факт и время их поступления аналогично передаче параметров видеоимпульсов с селектора ВИ 15. Сигналы с выхода счетчика 19 также поступают на схему управления и интерфейса 18 для передачи в буферное ОЗУ 20 и далее в процессорное устройство 12 сигналов переполнения счетчика при длительных перерывах в поступлении на устройство регистрации 11 видеоимпульсов и сигналов запуска кодера. Буферное ОЗУ обеспечивает согласование скорости поступления видеоимпульсов и сигналов на вход устройства регистрации 11 и скорости передачи их цифровых кодов в процессорное устройство 12. Таким образом, в процессорное устройство 12 с устройства регистрации поступают привязанные к единой временной оси цифровые коды амплитудно-временных параметров видеоимпульсов р кода запросных сигналов s и сигналов запуска кодера s. Процессорное устройство 12 выполняет цифровую обработку данных, поступивших с устройства регистрации 11. Алгоритм его работы представлен на фиг.4 и включает операции 1-7:
Z
Z
операция 1 - декодирования запросных сигналов с расширенным допуском на амплитудно-временные параметры видеоимпульсов р и их комбинаций, анализируемых при объединении этих видеоимпульсов в коды запросных сигналов s;
ZC
Z
ZC
ZC
операция 2 - регистрации сигналов запуска кодера s, соответствующих запросным сигналам s, причем s=0 при отсутствии сигнала запуска и s=1 при его наличии;
ZCm
Znm
ZCnm
m
Znm
операция 3 - фильтрации квазипериодических последовательностей π, , декодированных сигналов s,  составляющих пакеты сигналов отдельных запросчиков, и соответствующих этим сигналам сигналов запуска кодера s, где M - общее количество контролируемых запросчиков, N - общее количество декодированных сигналов s;
ZCnm
m
операция 4 - вычисления для каждого m-го запросчика отношения  числа сигналов запуска кодера s к числу N декодированных сигналов;
ZC
0
ZCnm
0
0
или
операция 5 - сравнения величин d и d и принятия по его результату решения о соответствии (d>d)  несоответсвии (dZCnm≤d) параметров сигналов, излучаемых m-м запросчиком установленным нормам;
операция 6 - привязки времени обнаружения пакета запросных сигналов к данным о текущем времени и местоположении воздушного объекта-носителя предлагаемого устройства (далее воздушного объекта), поступающих в процессорное устройство от приемника СРНС;
операция 7 - выдачи результатов обнаружения и контроля на индикатор 15 для отображения.
Z
Zj
Zl
Zj
Zl
Декодирование (операция 1) осуществляется путем программной реализации схемы совпадения в пределах заданного допуска реальной расстановки последовательно поступивших на обработку видеосигналов и номинальных временных позиций кода запроса. Допуск задается также на амплитудно-временные параметры видеоимпульсов p и соотношения их амплитуд и длительностей. При этом все допуски выбираются большими, чем в штатном декодере 7, что необходимо для обнаружения и декодирования устройством 12 запросных сигналов, параметры которых отклоняются от номинальных сверх установленных норм. Для определения реальных расстановок используются величины временных интервалов dt между последовательно поступающими сигналами, измеренные с помощью устройства регистрации 11. По каждому очередному i-му видеоимпульсу заводится очередной j-й формуляр F и вычисляются параметры k - позиционного амплитудно-временного строба, в который ожидается попадание последующих i+1, …, i+(k-1)-го видеоимпульсов, если они в комбинации с i-м видеоимпульсом составляют код запроса, где k - количество позиций кода. Кроме того, сам этот i-й видеоимпульс проверяется на возможность отнесения его в стробы ранее обнаруженных видеоимпульсов, по которым уже были заведены формуляры F, l<j. Если все k видеоимпульсов кода попадают в установленный строб, то принимается решение об обнаружении и декодировании очередного запросного сигнала S, который передается на последующую обработку. Формуляры F, l≤j, по которым окончательное решение об обнаружении и декодировании запросного сигнала оказывается не принятым по истечении максимально возможного времени ожидания очередного видеоимпульса кода, аннулируются.
ZC
Z
Регистрация (операция 2) факта формирования сигнала запуска кодера s, соответствующего запросному сигналу s осуществляется во временном стробе, центр которого определяется известной номинальной временной задержкой между декодированием сигнала и выработкой сигнала запуска кодера декодером 6.
Zj
Z Cm
ZC(m+1)
Z1m
П min
Z1m
П max
Z1m
П min
П max
Пm
Z2m
Z1m
Znm
Пm
П
Znm
Пm
П
Znm
П
Znm
В основу фильтрации (операция 3) квазипериодических последовательностей сигналов запросчиков положен широко применяемый в РЭС различного назначения алгоритм обнаружения типа "k/n,p" (Самсоненко С.В. Цифровые методы оптимальной обработки радиолокационных сигналов. М., Военное издательство, 1968, с.72). в сочетании с операциями стробовой селекции (по аналогии с Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, с.108-121) по периоду повторения запросных сигналов. Алгоритм обнаружения типа "k/n,p" предписывает принимать решение об обнаружении начала серии сигналов при наличии k сигналов в n анализируемых смежных стробах селекции при обязательных первых двух, а решение об окончании серии - по р пропусков сигналов в этих стробах подряд. С момента обнаружения и до момента окончания серии сигналов производится выставление стробов селекции ее сигналов и анализируется попадание в них поступающих запросных сигналов. По каждому j-му запросному сигналу (представленному формуляром F) анализируется возможность отнесения его в стробы селекции тех серий π, начало которых уже обнаружено. Если таковых серий не обнаруживается, то по этому сигналу выдвигается гипотеза об начале обнаружения новой серия π , для которой по мере поступления очередных запросных сигналов проверяется критерий обнаружения «k/n». Первичный строб обнаружения имеет границы [t+T,t+T], где t - время обнаружения первого из сигналов m-и серии, Т, Т - минимально и максимально возможные периоды повторения сигналов, излучаемых контролируемыми запросчиками. По двум первым из обнаруженных сигналов каждой серии определяется период повторения T=t-t, сигналов m-го запросчика как разность между моментами времени их поступления. Далее стробы селекции выставляются в границах [t+T-dT,t+T+dT], где t - время обнаружения очередного n-го сигнала m-и серии, dT - максимально возможное отклонение величины периода повторения от номинальной с учетом не точности измерения моментов времени t.
πZm
Am
m
Пm
dm
Am
m
Am
dm
При обнаружении окончания каждой m-й серии для нее выполняются операции 4-7 алгоритма. При этом на отображение выдается вектор значений γ={t,X,T,γ}, где t - астрономическое время обнаружения серии сигналов m-го запросчика, Х - вектор координат, характеризующих местоположение воздушного объекта в момент времени t, γ - решение о соответствии или не соответствии параметров запросных сигналов установленным нормам.
Индикатор 13 обеспечивает отображение результатов обнаружения и измерения параметров последовательностей сигналов запросчиков, привязанных к текущему времени и местоположению воздушного объекта.
Приемник СРНС 10 обеспечивает прием сигналов спутниковых радионавигационных систем, определение текущего времени и местоположения воздушного объекта, и ввод этих данных в процессорное устройство 12.
Промышленная применимость.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца, прошедшего лабораторные испытания. Испытания подтвердили принципиальную возможность достижения заявленного технического результата и, как следствие, решения поставленной задачи, заключающейся в обеспечении возможности дистанционного сплошного оперативного контроля с ее помощью параметров сигналов запросчиков, не требующей присутствия контролирующих лиц на проверяемых запросчиках, и предполагающей размещение единственного контролирующего лица на борту воздушного объекта-носителя полезной модели и выполнение полета этим объектом через зоны действия контролируемых запросчиков.