УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ НА ИСТОЧНИК СИГНАЛА

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам.
Известно устройство для определения направления [1], содержащее электроннолучевую трубку, последовательно соединенные первые магнитную антенну, полосовой фильтр, усилитель, синхронный детектор и формирователь сигналов, последовательно соединенные вторые магнитную антенну, полосовой фильтр, усилитель, синхронный детектор и формирователь сигналов, последовательно соединенные электрическую антенну, третий полосовой фильтр, третий усилитель, фазовращатель и ограничитель, причем выход последнего подключен ко вторым входам первого и второго синхронных детекторов, а выходы формирователей сигналов подключены к электроннолучевой трубке.
Это устройство не обеспечивает возможности частотной и пространственной селекции источников сигналов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения направления на источник сигнала [2], содержащее последовательно соединенные первую магнитную антенну, первый усилитель, первый повторитель, и первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подключенный к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ или микропроцессор), последовательно соединенные вторую магнитную антенну, второй усилитель, второй повторитель, и второй АЦП, подключенный к ПЭВМ, а также последовательно соединенные электрическую антенну, третий усилитель, третий повторитель, и третий АЦП, подключенный к ПЭВМ, причем первая и вторая магнитные антенны ориентированы, соответственно, в направлениях Север - Юг, и Запад - Восток, электрическая антенна выполнена с круговой диаграммой направленности, а ПЭВМ начинает цикл управления приемом и обработкой информации при превышении заданной величины сигналом от любой из указанных трех антенн, причем при появлении полезного сигнала производится вычисление направления на источник сигналов. Недостатком прототипа является отсутствие возможности частотной и пространственной селекции источников сигналов.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявленной полезной моделью, является возможность частотной и пространственной селекции источников сигналов.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения направления на источник сигнала, содержащее последовательно соединенные первую магнитную антенну, ориентированную в направлении Север - Юг, и первый усилитель, последовательно соединенные вторую магнитную антенну, ориентированную в направлении Запад - Восток, и второй усилитель, последовательно соединенные электрическую антенну с круговой диаграммой направленности и третий усилитель, а также первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП), подключенные к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ или микропроцессору), которая начинает цикл управления приемом и обработкой информации при превышении заданной величины сигналом от любой из подключенных антенн, причем при появлении полезного сигнала производится вычисление направления на источник сигналов, дополнительно содержит блок системы единого времени (GPS или Глонасс) и блок связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ, последовательно соединенные четвертый усилитель, первый смеситель, первый управляемый фильтр и четвертый АЦП, последовательно соединенные пятый усилитель, второй смеситель, второй управляемый фильтр и пятый АЦП, последовательно соединенные третий смеситель, третий управляемый фильтр и шестой АЦП, последовательно соединенные четвертый смеситель, четвертый управляемый фильтр и седьмой АЦП, последовательно соединенные первый коммутатор, пятый управляемый фильтр и восьмой АЦП, последовательно соединенные второй коммутатор, шестой управляемый фильтр и девятый АЦП, последовательно соединенные первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и первый калибратор, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные третий ЦАП и третий калибратор, последовательно соединенные четвертый ЦАП и формирователь, последовательно соединенные пятый ЦАП и четвертый калибратор, последовательно соединенные седьмой управляемый фильтр и десятый АЦП, последовательно соединенные третью магнитную антенну с круговой диаграммой направленности, шестой усилитель и третий коммутатор, а также четвертый коммутатор, подключенный входами к третьему и шестому усилителям, восьмой, девятый и десятый управляемые фильтры, подключенные входами, соответственно, к первому, второму и шестому усилителям, а выходами подключенные, соответственно, к первому, второму и третьему АЦП, а также гониометр, выполненный с первым ротором, связанном с первым цифровым приводом внутри второго ротора, связанного со вторым цифровым приводом, снабженным энкодером, выполненный с подвижными первой и второй полевыми обмотками, размещенными на втором роторе вокруг первого ротора, взаимно перпендикулярными и подключенными, соответственно, к первому и второму усилителям, а также выполненный с m размещенными на первом роторе по окружности первыми искательными обмотками, подключенными к первому коммутатору, и с m размещенными внутри второго ротора по окружности неподвижными вторыми искательными обмотками, подключенными ко второму коммутатору, причем первые и вторые искательные обмотки разделены экранами, первый и второй смесители подключены вторыми входами, к выходам, соответственно, четвертого и третьего смесителей, последние первыми входами подключены, соответственно, к выходам четвертого и третьего коммутаторов, а вторыми входами подключены, соответственно, к выходам второго коммутатора и первого коммутатора, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой усилители выполнены управляемыми по фазовому сдвигу и усилению с управляющими входами, подключенными к ПЭВМ, входы четвертого и пятого усилителей подключены, соответственно, к выходам первого и второго усилителей, управляющие входы управляемых фильтров подключены к выходу формирователя, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей магнитным антеннам, выход четвертого калибратора подключен к электрической антенне, вход седьмого управляемого фильтра и второй вход третьего коммутатора подключены к третьему усилителю, а первый и второй цифровые приводы роторов, энкодер, входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого ЦАП, выходы четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого АЦП и управляющие входы первого, второго третьего и четвертого коммутаторов подключены к ПЭВМ.
Такое выполнение устройства для определения направления обеспечивает возможность частотной селекции сигналов и быстрого поворота результирующей диаграммы направленности для пространственной селекции источников сигналов.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.
Принятые обозначения:
1 - первая магнитная антенна, 2 - первый усилитель, 3 - вторая магнитная антенна, 4 - второй усилитель, 5 - электрическая антенна, 6 - третий усилитель, 7 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 8 - второй АЦП, 9 - третий АЦП, 10 - персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ или микропроцессор), 11 - блок системы единого времени (GPS или Глонасс), 12 - блок связи с абонентами, 13 - четвертый усилитель, 14 - первый смеситель, 15 - первый управляемый фильтр, 16 - четвертый АЦП, 17 - пятый усилитель, 18 - второй смеситель, 19 - второй управляемый фильтр, 20 - пятый АЦП, 21 - третий смеситель, 22 - третий управляемый фильтр, 23 - шестой АЦП, 24 - четвертый смеситель, 25 - четвертый управляемый фильтр, 26 - седьмой АЦП, 27 - первый коммутатор, 28 - пятый управляемый фильтр, 29 - восьмой АЦП, 30 - второй коммутатор, 31 - шестой управляемый фильтр, 32 - девятый АЦП, 33 - первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 34 - первый калибратор, 35 - второй ЦАП, 36 - второй калибратор, 37 - третий ЦАП, 38 - третий калибратор, 39 - четвертый ЦАП, 40 -формирователь, 41 - пятый ЦАП, 42 - четвертый калибратор, 43 - седьмой управляемый фильтр, 44 - десятый АЦП, 45 - третья магнитная антенна, 46 - шестой усилитель, 47 - третий коммутатор, 48 - четвертый коммутатор, 49 - восьмой управляемый фильтр, 50 - девятый управляемый фильтр, 51 - десятый управляемый фильтр, 52 - гониометр, 53 - первый ротор, 54 - первый цифровой привод, 55 - второй ротор, 56 - второй цифровой привод, 57 - энкодер, 58 - первая полевая обмотка, 59 - вторая полевая обмотка, 60 - n первых искательных обмоток на первом роторе, 61 - m вторых искательных обмоток, 62 - экраны.
Устройство для определения направления на источник сигнала, содержит последовательно соединенные первую магнитную антенну 1, ориентированную в направлении Север - Юг, и первый усилитель 2, последовательно соединенные вторую магнитную антенну 3, ориентированную в направлении Запад - Восток, и второй усилитель 4, последовательно соединенные электрическую антенну 5 с круговой диаграммой направленности и третий усилитель 6, а также первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, второй (АЦП) 8, третий (АЦП) 9, подключенные к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ или микропроцессору) 10, которая начинает цикл управления приемом и обработкой информации при превышении заданной величины сигналом от любой из подключенных антенн, причем при появлении полезного сигнала производится вычисление направления на источник сигналов, дополнительно содержит блок системы единого времени (GPS или Глонасс) 11 и блок связи с абонентами 12, подключенные к ПЭВМ, последовательно соединенные четвертый усилитель 13, первый смеситель 14, первый управляемый фильтр 15 и четвертый АЦП 16, последовательно соединенные пятый усилитель 17, второй смеситель 18, второй управляемый фильтр 19 и пятый АЦП 20, последовательно соединенные третий смеситель 21, третий управляемый фильтр 22 и шестой АЦП 23, последовательно соединенные четвертый смеситель 24, четвертый управляемый фильтр 25 и седьмой АЦП 26, последовательно соединенные первый коммутатор 27, пятый управляемый фильтр 28 и восьмой АЦП 29, последовательно соединенные второй коммутатор 30, шестой управляемый фильтр 31 и девятый АЦП 32, последовательно соединенные первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 33 и первый калибратор 34, последовательно соединенные второй ЦАП 35 и второй калибратор 36, последовательно соединенные третий ЦАП 37 и третий калибратор 38, последовательно соединенные четвертый ЦАП 39 и формирователь 40, последовательно соединенные пятый ЦАП 41 и четвертый калибратор 42, последовательно соединенные седьмой управляемый фильтр 43 и десятый АЦП 44, последовательно соединенные третью магнитную антенну 45 с круговой диаграммой направленности, шестой усилитель 46 и третий коммутатор 47, а также четвертый коммутатор 48, подключенный входами к третьему и шестому усилителям, восьмой управляемый фильтр 49, девятый управляемый фильтр 50 и десятый управляемый фильтр 51, подключенные входами, соответственно, к первому, второму и шестому усилителям, а выходами подключенные, соответственно, к первому, второму и третьему АЦП, а также гониометр 52, выполненный с первым ротором 53, связанном с первым цифровым приводом 54, внутри второго ротора 55, связанного со вторым цифровым приводом 56, снабженным энкодером 57, выполненный с подвижными первой полевой обмоткой 58 и второй полевой обмоткой 59, размещенными на втором роторе 54 вокруг первого ротора 53, взаимно перпендикулярными и подключенными, соответственно, к первому и второму усилителям 2, 4, а также выполненный с n размещенными на первом роторе по окружности первыми искательными обмотками 60, подключенными к первому коммутатору 27, и с m размещенными внутри второго ротора по окружности неподвижными вторыми искательными обмотками 61, подключенными ко второму коммутатору 30, причем первые и вторые искательные обмотки разделены экранами 62, первый и второй смесители 14, 18 подключены вторыми входами, к выходам, соответственно, четвертого и третьего смесителей, последние первыми входами подключены, соответственно, к выходам четвертого и третьего коммутаторов, а вторыми входами подключены, соответственно, к выходам второго коммутатора и первого коммутатора, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой усилители 2, 4, 6, 13, 17, 46 выполнены управляемыми по фазовому сдвигу и усилению с управляющими входами, подключенными к ПЭВМ 10, входы четвертого и пятого усилителей подключены, соответственно, к выходам первого и второго усилителей, управляющие входы управляемых фильтров подключены к выходу формирователя 40, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей магнитным антеннам 1, 3, 45, выход четвертого калибратора подключен к электрической антенне 5, вход седьмого управляемого фильтра и второй вход третьего коммутатора подключены к третьему усилителю 6, а первый и второй цифровые приводы 54, 56 роторов, энкодер 57, входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого ЦАП, выходы четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого АЦП и управляющие входы первого, второго третьего и четвертого коммутаторов подключены к ПЭВМ 10.
Устройство для определения направления на источник сигналов работает следующим образом. Токи, наведенные в первой магнитной антенне 1 и второй магнитной антенне 3 от источника сигнала, через управляемые усилители 2 и 4 поступают в первую полевую обмотку 58 гониометра 52 и во вторую полевую обмотку 59, где создают магнитное поле, подобное принятому антеннами. На n первых искательных обмотках 60, размещенных на первом роторе 53, и размещенных на втором роторе 55 m вторых искательных обмотках 61, находящихся в этом магнитном поле, наводится ЭДС, зависящая от ориентации конкретной искательной обмотки относительно первой и второй полевых обмоток 58, 59. Поворот искательной обмотки относительно первой и второй полевых обмоток приводит к повороту результирующей диаграммы направленности для пеленгации в пространстве. При размещении на роторах n или m искательных обмоток, повернутых относительно друг друга, эффект механического поворота достигается последовательным переключением искательных обмоток 60 или 61 с помощью первого и второго коммутаторов 27 и 30. Для этого на управляющие входы первого и второго коммутаторов 27 и 30 подаются команды включения из ПЭВМ 10, содержащие номер подключаемой искательной обмотки. При последовательном изменении номера подключаемой искательной обмотки осуществляется последовательное подключение к выходу первого коммутатора 27 n первых искательных обмоток 60, а к выходу второго коммутатора 30 - m вторых искательных обмоток 61 и обеспечивается быстрый поворот результирующих диаграмм направленности для относительно грубой пеленгации, точность которой зависит от числа искательных обмоток и угла смещения между ними. Если источник сигнала не является кратковременным, то более точная подстройка осуществляется поворотом в небольших пределах (в пределах угла смещения искательных обмоток относительно друг друга) первого ротора 53 вместе с первыми искательными обмотками 60 с помощью первого цифрового привода 54, и второго ротора 55 вместе с первыми и вторыми полевыми обмотками 58, 59 с помощью второго цифрового привода 56 по командам из ПЭВМ 10. В зависимости от наличия и типа помех предлагаемое устройство реализует несколько режимов пеленгации.
1. При отсутствии помех может быть реализован широкополосный режим, при котором сигналы с выходов первого, второго, третьего и шестого усилителей 2, 4, 6, 46 соответственно, через восьмой, девятый, седьмой и десятый управляемые фильтры 49, 50, 43, 51 и через первый, второй, десятый и третий АЦП 7, 8, 44, 9 поступают в ПЭВМ 10 для реализации, например, простейшего алгоритма пеленга:
При появлении полезного сигнала производится вычисление направления а на источник сигнала, например, по формуле
,
1
2
где A, A - амплитуды сигналов средней частоты, поступающих в ПЭВМ 10 из первого и второго АЦП 7, 8, соответственно.
2. При появлении помехи, не забивающей весь рабочий диапазон частот, в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа формируется управляющий сигнал, который подается на четвертый ЦАП 39, через формирователь 40 поступает на управляющие входы управляемых фильтров 15, 19, 22, 25, 28, 31, 43, 49, 50, 51 и вырезает из полосы пропускания участок частот помехи.
3. При появлении широкополосной помехи в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа используются сигналы, поступающие в ПЭВМ 10 с выходов первого и второго коммутаторов 27, 30, соответственно, через пятый и шестой управляемые фильтры 28, 31 и восьмой и девятый АЦП 29, 32. В этом случае осуществляется пространственная селекция с помощью гониометра 52 путем переключения первых и вторых искательных обмоток 60, 61 (например, переключением на выход X первым коммутатором 27 n первых искательных обмоток 60 до максимума полезного сигнала и переключением на выход Y вторым коммутатором 30 m вторых искательных обмоток 61 до минимума помехи с коррекцией приводами 54, 56 первого и второго роторов 53, 55). При этом направление на источник полезного сигнала определяется по номеру первой искательной обмотки 60, подключенной к первому коммутатору 27, плюс угол поворота первого ротора 53 гониометра, полученный в зависимости от направления и числа шагов, поданных из ПЭВМ 10 на первый цифровой привод 54 с учетом числа шагов, переданных в ПЭВМ энкодером. При необходимости определяется направление на источник помех по номеру второй искательной обмотки 61, подключенной ко второму коммутатору 30, плюс угол поворота второго ротора 55 гониометра по числу шагов, переданных в ПЭВМ энкодером.
4. При появлении интенсивной широкополосной помехи в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа используются сигналы, поступающие в ПЭВМ 10 с выходов третьего и четвертого смесителей 21, 24, соответственно, через третий и четвертый управляемые фильтры 22, 25 и шестой и седьмой АЦП 23, 26. В этом случае осуществляется пространственная селекция с помощью гониометра 52, выходных сигналов третьего и шестого усилителей 6, 46, третьего и четвертого смесителей 21, 24, формирующих диаграмму направленности, которую далее ориентируют гониометром 52 минимумом на помеху. Требуемые амплитудные и фазовые соотношения сигналов формируются с помощью команд ПЭВМ 10, поступающих на управляющие входы первого, второго, третьего и шестого усилителей 2, 4, 6, 46.
5. При появлении нескольких интенсивных широкополосных помех в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа используются сигналы, поступающие с выходов первого и второго смесителей 14, 18, соответственно, через первый и второй управляемые фильтры 15, 19 и четвертый и пятый АЦП 16, 20. В этом случае осуществляется пространственная селекция с помощью гониометра 52, первого, второго, третьего и четвертого смесителей 14, 18, 21, 24, формирующих диаграмму направленности с минимумами, ориентированными на помехи или на помехи и сигнал. Требуемые амплитудные и фазовые соотношения сигналов формируются с помощью команд ПЭВМ 10, поступающих на управляющие входы четвертого и пятого усилителей 13, 17 с учетом установленных при работе устройства в режиме 4 параметров первого, второго, третьего и шестого усилителей 2, 4, 6, 46.
При использовании в ПЭВМ 10 соответствующих алгоритмов могут быть реализованы любые комбинации указанных режимов работы устройства, включая ориентацию диаграммы направленности минимумом на источник полезного сигнала.
Для контроля усилительно-преобразовательных трактов предусмотрена подача калибровочных сигналов на первую, вторую и третью магнитные антенны 1, 3, 45 от, соответственно, первого, второго и третьего калибраторов 34, 36, 38, управляемых ПЭВМ 10 с помощью первого, второго и третьего ЦАП 33, 35, 37., а также подача калибровочных сигналов на электрическую антенну 5 от четвертого калибратора 42, управляемого ПЭВМ 10 с помощью пятого ЦАП 41.
Информация, полученная в процессе работы, привязывается к единому времени с помощью блока 11 системы единого времени (GPS или Глонасс), и передается по назначению с помощью блока 12 связи с абонентами.
Таким образом, предлагаемое устройство для определения направления на источник сигналов в сравнении с прототипом обеспечивает возможность частотной селекции сигналов и быстрого поворота результирующей диаграммы направленности для пространственной селекции источников сигналов.
Источники информации
1. Радио-грозо-пеленгатор, 2006, http://detect-ufo.narod.ru/pribor/detect_radio/pelengatr_01.html.
2. Агранат И.В. Перспективы исследования естественного электромагнитного излучения очень низкой частоты. Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, п. Паратунка, Камчатский край, УДК 551.594.21 (571.66) 2011 г.