УСТРОЙСТВО ВСЕНАПРАВЛЕННОГО ПРИЕМА СИГНАЛОВ СВЯЗИ И ОПОЗНАВАНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
DEVICE FOR ALL-DIRECTIONAL RECEPTION OF COMMUNICATION SIGNALS AND IDENTIFICATION OF HYDROACOUSTIC STATION

Введение
Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано при разработке трактов связи гидроакустических станций.
Как известно, применение узких диаграмм направленности по сравнению с ненаправленным приемом повышает помехоустойчивость связи. В гидроакустических станциях, как правило, применяются многоэлементные антенны, позволяющие сформировать веер статических диаграмм направленности в горизонтальной плоскости. При этом в режиме связи выбор диаграммы направленности, ориентированной на корреспондента, производится оператором вручную по данным системы обнаружения сигналов (ОГС) с помощью устройства всенаправленного приема.
Известно устройство всенаправленного приема, состоящее из акустической антенны, схемы, формирования веера статических диаграмм направленности, дистанционного переключателя каналов и одноканального приемного устройства сигналов связи.
Однако такое устройство всенаправленного приема требует постоянного, непрерывного участия оператора. Кроме этого в течение интервала времени, затраченного оператором на определение направления на корреспондента по индикаторам ОГС и на подключение приемного устройства сигналов связи к соответствующему каналу формирования диаграмм направленности, происходит потеря начальной части сообщения. Необходимо также отметить, что в ряде случаев (например, для систем кодовой связи опознавания и измерения дистанции методом активного ответа, сигналы которых имеют малую длительность и регистрируются в приемном устройстве автоматически, без участия оператора) осуществить всенаправленный прием при выборе диаграммы направленности вручную практически не представляется возможным.
Целью предлагаемого изобретения является разработка автоматического устройства всенаправленного приема сигналов связи и опознавания, которое позволяет без участия оператора осуществить подключение к приемному устройству сигналов связи и опознавания того канала схемы формирования, соответствующая диаграмма направленности которого ориентирована на источник сигнала.
Предполагается, что уровни сигнала по выходам каналов схемы формирования веера статических диаграмм направленности различны и максимальный уровень сигнала наблюдается на выходе канала, диаграмма направленности которого ориентирована на корреспондента. Таким образом, производя анализ амплитудного распределения сигнала на выходе каналов схемы формирования, можно по максимальному уровню сигнала определить канал, диаграмма направленности которого ориентирована на корреспондента, и к этому каналу подключить приемное устройство сигналов связи. Для анализа амплитудного распределения и автоматического управления дистанционным переключателем каналов можно использовать единый N-канальный анализатор (N - число каналов схемы формирования) амплитудного распределения сигнала, с N-канальным усилителем с АРУ по максимальному сигналу, в каждом канале которого включены детектор и пороговая схема, автоматически управляющие дистанционным переключателем каналов. Однако единый N-канальный анализатор технически трудно реализовать по той причине, что различия в уровнях сигнала по выходам смежных диаграмм направленности практически невелики.
В связи с этим даже незначительные нестабильности коэффициентов усиления и регулировочных характеристик АРУ многоканального усилителя могут привести к искажениям амплитудного распределения сигнала на входе пороговых схем анализатора и, следовательно, к ошибкам в выборе диаграммы направленности. В предлагаемом устройстве всенаправленного приема поставленная задача достигается тем, что между дистанционным переключателем каналов и схемой формирования веера статических диаграмм направленности включены несколько одинаковых анализаторов амплитудного распределения "пилот-сигнала", предшествующего передаче информационных сигналов, с логическим устройством.
Описание устройства
В предлагаемом устройстве веер из N статических диаграмм направленности разбивается на n одинаковых групп с угловым интервалом между диаграммами направленности в группе nΔθ, где Δθ - угол раствора одной диаграммы направленности. Вместо одного анализатора амплитудного распределения сигнала предлагается использовать n одинаковых анализаторов амплитудного распределения сигнала с логическим устройством. Каждый из анализаторов предназначен для регистрации максимального уровня сигнала в одной из n групп диаграмм направленности. При этом за счет углового разноса диаграмм направленности, относящихся к одной группе, различия в уровнях сигнала по каналам анализаторов становятся более существенными и, следовательно, нестабильности коэффициентов усиления в меньшей степени будут искажать амплитудное распределение сигнала. Логическое устройство предназначено для выполнения операции выбора средней диаграммы направленности из n смежных диаграмм направленности, на выходе которых зарегистрированы максимальные уровни сигнала. С целью обеспечения равенства коэффициентов усиления по каналам анализаторов при широком динамическом диапазоне входных сигналов, а также устранения разброса регулировочных характеристик АРУ, в анализаторах применен единый усилитель с АРУ по максимальному сигналу с частотным уплотнением каналов преобразования частоты сигнала в каждом канале на своей промежуточной частоте. Кроме этого в качестве детекторов в каждом анализаторе амплитудного распределения сигналов использованы детекторы-экспандеры, усугубляющие различие между уровнями сигналов на входе его пороговых схем.
Пример.
Блок-схема предлагаемого устройства для N=12 и n=3 приведена на чертеже, где
1 - многоэлементная акустическая антенна;
2 - схема формирования веера статических диаграмм направленности;
3 - одноканальное приемное устройство сигналов связи и опознавания;
4 - дистанционный переключатель каналов;
5 - логическое устройство;
6÷9 - преобразователи частоты сигнала;
10 - усилитель с АРУ по максимальному сигналу;
11÷14 - разделительные фильтры;
15÷18 - детекторы АРУ;
19÷22 - детекторы сигнала;
23÷26 - пороговые устройства.
С помощью элементов акустической антенны 1 и схемы формирования 2 образован веер статических диаграмм направленности в горизонтальной плоскости. Каждой из диаграмм направленности веера, пронумерованных от 1 до N, соответствуют свои выходы (каналы) схемы формирования 2. Одно канальное приемное устройство сигналов связи и опознавания 3 через дистанционный переключатель каналов 4 подключается автоматически к одному из N выходов схемы формирования веера статических диаграмм направленности 2. Дистанционный переключатель каналов соединен по N каналам управления через логическое устройство 5 с выходами анализаторов амплитудного распределения, пороговые устройства которых указаны на чертеже номерами 23÷26.
Веер из N диаграмм направленности разбит на n групп диаграмм направленности. При этом номера диаграмм направленности и соответствующие им номера каналов схемы формирования 2, принадлежащие одной группе, определяются как члены возрастающей арифметической прогрессии по формуле
K
on
i=a+n(K-1),
on
on
a - номера групп a=1, 2…;
n - разность прогрессии, равная количеству групп;
K - номер члена арифметической прогрессии, K=1, 2…
где  - количество диаграмм направленности в группе.
Выходы схемы формирования диаграмм направленности, относящиеся к одной группе, подключаются к своему анализатору амплитудного распределения. Так, например, на чертеже к первому анализатору (I) подключены 1, 4, 7, 10 каналы схемы формирования 2, соответствующие первой группе диаграмм направленности; к второму анализатору (II) - 2, 5, 8, 11 каналы; к третьему анализатору (III) - 3, 6, 9, 12 каналы.
Каждый анализатор амплитудного распределения состоит из группового усилителя с АРУ по максимальному сигналу 10, на входе которого включены m (по числу диаграмм направленности в группе) преобразователей частоты 6÷9, а на выходе - m разделительных фильтров 11÷14. К выходам разделительных фильтров подключены детекторы сигнала 19÷22 и детекторы АРУ 15÷18. На выходах детекторов сигнала включены пороговые устройства 23÷26, управляющие через логическое устройство 5 дистанционным переключателем каналов 4.
Работа устройства заключается в следующем. ″Пилот-сигнал″, предшествующий передаче информационных сигналов, принимается акустической антенной 1, при этом уровни сигнала в каналах схемы формирования 2 различны и имеют максимальное значение в n каналах, соответствующие смежные диаграммы направленности которых ориентированы по направлениям, близким к направлению на источник сигнала. При этом в каждой из n групп каналов схемы формирования 2, подключенных к своему анализатору амплитудного распределения, окажется по одному каналу с максимальным уровнем. В каждом анализаторе амплитудного распределения сигнала производится: преобразование частоты сигнала, усиление преобразованных сигналов, отличающихся по промежуточной частоте, единым усилителем с АРУ, и выделение усиленных сигналов с помощью разделительных фильтров, настроенных на соответствующие промежуточные частоты. Управление коэффициентом усиления усилителей производится по максимальному напряжению на выходе детекторов АРУ. Регистрация "пилот-сигнала" в каждом анализаторе осуществляется одним из пороговых устройств по каналу с максимальным уровнем, по приращению постоянного напряжения сигнал + шум на выходе детектора сигнала. При регистрации "пилот-сигнала" на выходе пороговых устройств появляются сигналы управления, которые воздействуют на логическое устройство 5 в течение интервала времени, отведенного для регистрации основных сигналов, несущих информацию. Логическое устройство 5 выбирает из n сигналов, поступающих с пороговых устройств, один, который соответствует среднему из n смежных каналов, и коммутирует его на соответствующий вход дистанционного переключателя каналов. При этом одноканальное приемное устройство сигналов связи и опознавания 3 подключается к каналу схемы формирования 2, соответствующая диаграмма направленности которого, являясь средней из n смежных диаграмм направленности, ориентирована на источник сигнала.