УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
DEVICE FOR DETERMINING COORDINATES OF RADIATION SOURCE

Предлагаемое устройство относится к области радиолокации, в частности к системам пассивного обнаружения и определения координат излучающих источников. Устройство может быть использовано в аппаратуре радиотехнической разведки.
В современных пассивных системах обнаружения и определения координат источников излучения (см. "Теоретические основы радиолокации" под ред. Я.Д. Ширмана, М., «Сов. Радио», 1970, стр.494-497), наиболее часто используется разностно-дальномерный и угломерный методы измерения дальности.
Разностно-дальномерный метод определения координат основан на измерении разности времен прихода одного и того же сигнала на разнесенные приемные пункты. Недостатком систем, разработанных на основе этого метода, является необходимость иметь не менее трех разнесенных пунктов приема, низкая скрытность работы.
При угломерном методе дальность до источника излучения определяется путем решения триангуляционной задачи либо одним носителем, совершающим специальный маневр, либо несколькими носителями, разнесенными в пространстве на определенное расстояние.
Известна система определения дальности (см. патент США, кл. 343-6А (G01S 9/04) №4008470, заявл. 27.02.68, №710703, опубл. 15.02.77). Система имеет два приемника, расположенные на подвижных носителях на известном расстоянии друг от друга. Оба приемника взаимосвязаны системой синхронизации. Кроме того, выход первого приемника через детектор огибающей подключен к передатчику линии связи носителей, а выход второго приемника через детектор огибающей подключен к одному из входов устройства сравнения, ко второму входу которого подключен выход приемника линии связи. По результату сравнения с учетом известной скорости вращения антенны разведываемого радиолокатора и расстояния между самолетами определяется дальность до источника излучения. Недостатком данной пассивной системы является необходимость использования не менее двух носителей, а также низкая помехозащищенность системы.
Известна система изменения дальности до источников излучения, содержащая антенну, неподвижно установленную по направлению на выбранный источник излучения, дальность до которого необходимо определить, приемник и устройство определения дальности, основанное на использовании зависимости дальности до источника излучения от времени приема от него сигналов несканирующей антенной с фиксированной шириной диаграммы направленности при боковом обзоре. Недостатками данной системы является снижение точности определения координат по источникам, работающим в паузном режиме излучения, по целям с перестраиваемыми импульсами по несущей частоте.
Известна система обнаружения и определения координат надводных целей. При решении задачи определения координат излучающих целей одним кораблем-носителем система пассивного обнаружения и определения координат, размещаемая на носителе, содержит последовательно соединенные антенну, размещенную на валу силового следящего привода, приемное устройство, блок выделения последовательности, формирователь цели, блок вычисления координат, а также последовательно соединенные датчик кода пеленга, формирователь реверса, датчик направления и скорости поиска и задатчик кода пеленга антенны, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно ко входу силового следящего привода и датчика кода пеленга, выход которого соединен также со вторым входом блока выделения последовательностей, а вторые входы датчика направления и скорости поиска и формирователя реверса соединены с внешними источниками сигналов управления.
Недостатком данной системы является низкая точность определения координат источников излучения.
Наиболее близким по технической сути и поэтому выбранным в качестве прототипа является устройство для пассивного обнаружения и определения координат источника излучения. Устройство-прототип содержит последовательно соединенные антенну, размещаемую совместно с датчиком пеленга на валу силового следящего привода, приемное устройство, блок выделения последовательностей, формирователь цели, счетчик числа пеленгов, блок формирования зоны, блок сравнения, а также блок вычисления координат и сумматор, первый вход которого соединен с вторым выходом формирователя цели, а выход - с вторым входом блока сравнения, два выхода последнего соединены с входами силового следящего привода, а первый и второй выходы датчика пеленга соединены с вторыми входами соответственно блока выделения последовательностей и сумматора, третий выход формирователя цели соединен с входом блока вычисления координат, четвертый выход формирователя цели соединен с внешним устройством, которое в свою очередь соединено с вторым входом блока формирования зоны. Выходом устройства служит выход блока вычисления координат.
ц
тек
тек
ц
Система-прототип работает следующим образом. В первоначальный момент времени антенна производит пространственный поиск в заданном секторе с постоянной скоростью. Обнаруженные антенной сигналы разведываемых станций поступают в приемное устройство, в котором измеряются основные параметры сигналов, такие как f - несущая частота, τ - длительность, M - тип модуляции, Δf - ширина спектра, t - текущее время прихода и др. Параметры сигналов поступают в блок выделения последовательностей, в котором на основании параметрических и временных методов селекции производится разделение сигналов по принадлежности к различным последовательностям, которым присваивается значение пеленга, которое поступает из датчика пеленга. Сформированные последовательности поступают в формирователь целей, в котором производится объединение последовательностей по принадлежности к различным источникам излучения. Параметры разведываемых станцией поступают во внешние устройства (например, знаковое табло). После выбора целей, по которым необходимо определить координаты, устройство переходит с режима обнаружения в режим целеуказания, при котором при каждой вновь обнаруженной цели, выбранной для целеуказания, в сумматор поступает значение пеленга цели, а на второй вход поступает текущее значение кода пеленга с датчика пеленга. Полученная в сумматоре разность кодов поступает в блок сравнения, на первый вход последнего с блока формирования зоны поступает код равный ширине зоны, в которой скорость поиска антенны должна быть уменьшена. Ширина этой зоны формируется в блоке формирования зоны, в который на первый вход поступает значение количества пеленгов обнаруженных целей, как известно (см. С.З. Кузьмин "Цифровая обработка радиолокационной информации" М., «Сов. Радио», 1967, стр.298-311), точность пеленгования при сглаживании зависит от количества измерений, и эта ошибка подсчитывается в блоке формирования зоны, куда на второй вход поступает с внешних устройств значение ширины диаграммы направленности в диапазоне работы устройства. С блока формирования зоны величина зоны, пропорциональная ошибке пеленгования и ширине диаграммы направленности антенны, поступает на первый вход блока сравнения. В момент равенства разности кодов |β-β|, поступающей из сумматора, и кода, поступающего с блока формирования зоны, блок сравнения выдает в силовой следящей привод команду на снижение скорости поиска. Код разности из сумматора уменьшится до нуля и начнет опять возрастать. В момент второго (четного) равенства разности кода и кода, поступающего с блока формирования зоны, блок сравнения выдает в силовой следящий привод команду, по которой происходит увеличение скорости поиска. Блок сравнения представляет собой сумматор кодов с элементом, обладающим двумя устойчивыми состояниями и счетным входом на своем выходе (триггер со счетным входом). Сравнение кодов в блоке сравнения производится без учета знака кода разности пеленга антенны β и пеленга цели β, поступающей с сумматора, что обеспечивает смену скоростей антенны одна за одной вне зависимости от направления поиска антенны. При каждом новом обнаружении цели значение пеленгов и время их обнаружения с формирователя цели поступают в блок вычисления координат, в котором производится определение дальности до цели и сглаженного значения пеленга (подробное описание работы этого блока представлено в техническом описании изделия "Титанит" ГК1.640.001).
Основным недостатком системы прототипа является недостаточная точность определения координат излучающих целей при ограниченном времени решения задачи.
Целью настоящего изобретения является повышение точности определения координат источника излучения.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, состоящее из последовательно соединенных антенны, размещенной совместно с датчиком пеленга на валу силового следящего привода, приемного устройства, блока выделения последовательностей, формирователя цели, счетчика числа пеленгов, блока формирования зоны и блока сравнения, а также из сумматора и блока вычисления координат, первый и второй выходы блока сравнения соединены с входами силового следящего привода, а второй и третий выходы формирователя цели соединены с первыми входами соответственно сумматора и блока вычисления координат, а первый и второй выходы датчика пеленга соединены с вторыми входами соответственно блока выделения последовательностей и сумматора, выход последнего соединен с вторым входом блока сравнения, четвертый выход формирователя цели соединен с внешним устройством, выход внешнего устройства соединен с вторым входом блока формирования зоны, а выход блока вычисления координат является выходом устройства, - дополнительно введены последовательно соединенные дополнительный сумматор, блок сравнения по f и ключ, а также триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока сравнения, а выход - с вторым входом ключа, выход которого соединен с вторым входом приемного устройства, второй выход последнего - с вторым входом блока сравнения f, причем первый вход дополнительного сумматора соединен с пятым выходом формирователя цели, а второй вход - с внешним устройством.
гет
<mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>f</mi></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>F</mi></mrow></mfrac></mrow>
Такое построение устройства позволяет определить значение частоты гетеродина, при которой происходит обнаружение сигналов разведываемой станции (дополнительный сумматор, соединенный с формирователем цели и внешним устройством) и при сравнении с f (текущее значение частоты гетеродина) в блоке сравнения по f вырабатывается сигнал, который поступает на ключ. При наличии управляющего напряжения на ключе с триггера (если антенна производит поиск с медленной скоростью) сигнал с блока сравнения по f через ключ поступает в приемное устройство, что позволяет уменьшить зону поиска гетеродина в несколько раз (например в 3-4 раза), что повышает вероятность обнаружения сигналов, так как в соответствии с (см. Заездный А.М. "Основы расчетов по статистической радиотехнике" М., "Связь", 1969 г.) вероятность обнаружения сигнала при частотном поиске будет
, где Δf - мгновенная полоса приема супергетеродинного приемника, ΔF - полоса частот в которой производится поиск разведываемых источников излучения. Данное устройство позволяет при прохождении диаграммой направленности антенны направления на выбранную цель, полоса поиска частоты ΔF уменьшается в несколько раз, с учетом апостериорной информации о частоте разведываемого источника, полученной на предыдущих обзорах. Уменьшение полосы поиска позволяет повысить вероятность обнаружения, что обеспечивает повышение точности определения координат источников излучения за одно и то же время решения задачи.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства для пассивного обнаружения и определения координат источника излучения, на фиг.2 - зависимость вероятности обнаружения от дальности до источника излучения, на фиг.3 - зависимость среднеквадратической ошибки определения дальности от дальности до источника излучения.
Предлагаемое устройство для пассивного обнаружения и определения координат источника излучения (фиг.1) содержит последовательно соединенные антенну 1, размещенную совместно с датчиком пеленга 2 на валу силового следящего привода 3, приемное устройство 4, блок выделения последовательностей 5, формирователь цели 6, счетчик числа пеленгов 7, блок формирования зоны 8, блок сравнения 9, а также последовательно соединенные дополнительный сумматор 10, блок сравнения по f 11, и ключ 12, а также триггер 13, сумматор 14 и блок вычисления координат 15 при этом первый и второй выходы датчика пеленга 2 соединены с вторыми входами соответственно блока выделения последовательностей 5 и сумматора 14, первый вход которого соединен с вторым выходом формирователя цели 6, а выход - с вторым входом блока сравнения 9, первый и второй выходы последнего соединены с соответствующими входами силового следящего привода 3, а третий и четвертый выходы - соответственно с первым и вторыми входами триггера 13, выход которого соединен с вторым входом ключа 12, выход последнего соединен с вторым входом приемного устройства 4, второй выход которого соединен с вторым входом блока сравнения по f 11, а первый и второй входы дополнительного сумматора 10 соединены соответственно с пятым выходом формирователя цели 6 и внешним устройством, третий выход формирователя цели 6 соединен с входом блока вычисления координат 15, а четвертый выход - с внешним устройством, выход блока вычисления дальности 15 является выходам устройства, а второй вход блока формирования зоны 8 соединен с внешним устройством.
тек
ц
тек
ц
Работа предлагаемого устройства в режиме обнаружения ничем не отличается от работы устройства прототипа. После проведения обнаружения целей и их классификации, принимается решение, по каким целям необходимо решать задачу целеуказания (определения координат). В этом режиме для цели, по которой производится определение координат на каждом пространственном поиске антенны 1 при обновлении цели, с формирователя цели 6 в счетчик числа пеленгов 7 поступает сигнал, по которому содержимое счетчика 7 увеличивается на единицу. В зависимости от количества обнаружений в счетчике числа пеленгов 7, в блоке формирования зоны 8 формируется значение зоны, в которой скорость антенны 1 должна быть уменьшена. Величина зоны будет пропорциональна ширине диаграммы направленности антенны 1 того диапазона, в котором производится обнаружение цели. Значение ширины зоны поступает на первый вход блока сравнения 9, на первый вход которого поступает абсолютное значение разности |β-β| из сумматора 14. Эта разность образуется, так как на входы сумматора 14 поступает значение β - текущее значение кода пеленга из датчика пеленга 2 и β - значение кода пеленга цели из формирователя цели 6. Из формирователя цели 6 на первый вход дополнительного сумматора 10 поступает значение несущей частоты цели, по которой производится определение координат, а на второй вход дополнительного сумматора 10 поступает значение промежуточной частоты в том диапазоне, в котором производится обнаружение сигналов. На выходе дополнительного сумматора 10 получаем значение частоты гетеродина, при которой происходит обнаружение выбранного источника излучения.
гет
Это значение поступает на первый вход блока сравнения по f 11,  на второй вход которого поступает текущее значение частоты гетеродина из приемного устройства 4, и при сравнении этих частот вырабатывается управляющий сигнал, который поступает на ключ 12. При наличии управляющего напряжения на втором входе ключа 12, который образуется на триггере 13 в том случае если антенна 1 движется с медленной скоростью, сигнал с блока сравнения по f 11 проходит через ключ 12 на приемное устройство 4 и по этому сигналу гетеродин приемного устройства 4 начинает перестраиваться в узком диапазоне вокруг значения f, при котором произошло сравнение в блоке сравнения по f. Если же антенна 1 движется с большой скоростью, то с триггера 13 на ключ 12 не поступает управляющее напряжение (ключ закрыт) то гетеродин производит поиск разведываемых источников излучения во всей полосе частот. По мере обновления цели на последующих пространственных поисках значение пеленгов цели и время их обнаружения из формирователя цели 6 поступают в блок вычисления координат 15, в котором производится определение сглаженного значения пеленга и дальность до источника излучения.
Антенна, приемное устройство и силовой следящий привод являются типовыми разработками для соответствующего диапазона длины волны. Датчик пеленга - преобразователь (двенадцатиразрядный) угла поворота антенны в код. Все остальные блоки выполнены на элементах, узлах и устройствах дискретной вычислительной техники. При построении блоков авторы руководствовались следующими документами:
"Микросхемы интегральные полупроводниковые серии 130, 133, 136"; "Руководство по применению 133, серии КАО, 340.001 Д", "Ведомость покупных" ГК1.000.003 ВП.
Блок выделения последовательностей состоит из схем ввода и вывода информации, схем сравнения по параметрам сигналов τ, f, регистров, пороговых устройств.
ц
Формирователь цели состоит из схем ввода и вывода информации, схем сравнения по параметрам последовательностей, таким как τ, f и T (период повторения), β (пеленг), регистров, пороговых устройств.
Блок вычисления координат состоит из сумматоров, умножителей, линий задержек, регистров. В этом блоке производится сглаживание пеленгов и решение триангуляционной задачи определения дальности до источника излучения.
Подробное описание работы блока выделения последовательностей, формирователя цели и блока вычисления координат и их техническая реализация представлены в техническом описании изд. Титанит ГК1.640.001 и техническом описании изделия "Меч" ГК1.640.013.
Сумматор, счетчик числа пеленгов, блок формирования зоны и блок сравнения подробно описаны при описании работы прототипа и работы предложенного устройства.
Дополнительный сумматор, блок сравнения по f, ключ и триггер являются типовыми устройствами этого назначения и не требуют дополнительного описания.
Результаты статистического моделирования работы предлагаемого устройства подтвердили его эффективность. Моделирование проводилось на ЦВМ БЭСМ-6. Моделировалась работа в условиях дальнего тропосферного распространения радиоволн. Данные моделирования приведены на фиг.2 и на фиг.3. Для сравнения там же приведены соответствующие кривые, полученные при моделировании устройства-прототипа, работающего в аналогичных условиях.
об
На фиг.2 по оси абсцисс отложены значения P - вероятности обнаружения за обзор, а по оси ординат отложено значение дальности до источника излучения.
Д
На фиг.3 по оси абсцисс отложены значения σ - среднеквадратических ошибок по дальности, а по оси ординат отложено значение дальности до источников излучения.
Кривые 1, 3 характеризуют работу предлагаемого устройства, а кривые 2, 4 характеризуют работу устройства-прототипа.
об
Как видно из графиков, использование предлагаемого устройства позволяет увеличить вероятность обнаружения на дальности 150 км до 0,75 (в устройстве-прототипе P=0,45), что позволяет улучшить точность определения дальности на дальности 150 км на 25…30%. Результаты натурных испытаний подтвердили эффективность использования данного устройства, а также результаты, полученные путем моделирования работы.