ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ ПРИЕМНИК БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БЛИЖНЕЙ НАВИГАЦИИ И ПОСАДКИ

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к устройствам ограничения или подавления шумов и помех в приемнике и может использоваться для обеспечения качественного приема сигналов (повышения помехоустойчивости и (или) обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС)) в условиях воздействия помех.
Известно устройство приемника бортового оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки (БО РСБН) /Трояновский А.Д., Клуга A.M., Цилькер Б.Я. Бортовое оборудование радиосистем ближней навигации - М: Транспорт, 1990. С.132/. Устройство содержит: приемную антенну, делитель мощности, приемник дальномерных сигналов, приемник азимутальных сигналов, дешифратор дальномерных сигналов, формирователь азимутального импульса, дешифратор опорных сигналов, преобразователь посадочных сигналов, измеритель дальности, измеритель азимута, индикатор дальности и индикатор азимута. Недостатком данного устройства является то что, оно может обеспечить квазиоптимальную обработку принимаемых сигналов в условии воздействия только стационарных шумовых и хаотических импульсных помех.
Прототипом полезной модели по технической сущности является устройство помехоустойчивого приемника бортового оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки, представленное на фиг.1 / Патент на полезную модель №87055 от 20.09.2009 г./. Устройство содержит: приемную антенну (1), делитель мощности (2), приемник дальномерных сигналов (3), приемник азимутальных сигналов (4), дешифратор дальномерных сигналов (5), формирователь азимутального импульса (6), дешифратор опорных сигналов (7), преобразователь посадочных сигналов (8), измеритель дальности (9), измеритель азимута (10), индикатор дальности (11), индикатор азимута (12) и субмодуль цифровой обработки сигналов (ЦОС) (13).
Устройство работает следующим образом. Принятый приемной апертурой антенны (1) входной сигнал, представляющий смесь сигналов ответа дальности, азимута, курса, глиссады и опорных сигналов серий «35» и «36», через делитель мощности (2) подается на два приемника: дальномерных (3) и азимутальных (4) сигналов.
Сигналы ответа дальности и глиссады усиливаются и детектируются в приемнике дальномерных сигналов (3), при этом на его широкополосном выходе 1 выделяются ответные сигналы дальности, а узкополосный сигнал глиссады - на выходе 2 приемника. Ответные сигналы дальности и сигнал глиссады поступают на вход 1 и вход 2 соответственно субмодуля ЦОС (13), функционирующего на основе адаптивных алгоритмов фильтрации широкополосных и узкополосных сигналов, и осуществляющего аналогово-цифровую обработку данных сигналов, их адаптивную фильтрацию с последующим цифро-аналоговым преобразованием. Обработанные ответные сигналы дальности с выхода 1 данного субмодуля поступают на вход дешифратора дальномерных сигналов (5), где дешифрируются. Выделенные дешифратором дальномерных сигналов (5) импульсы ответа дальности поступают на вход 1 измерителя дальности (9), в котором по интервалу времени между запросными и ответными сигналами с учетом постоянной времени задержки определяется наклонная дальность. Обработанный сигнал глиссады с выхода 2 субмодуля ЦОС (13) поступает на вход 1 преобразователя посадочных сигналов (8), функционирующего на основе принципа создания равносигнальных направлений (глиссады и курса), где преобразуются в разностное напряжение, пропорциональное отклонению от равносигнального направления глиссады и с выхода 1 подается на вход 2 измерителя дальности (9). С выхода измерителя дальности значения измеренной дальности и отклонения от глиссады поступают на индикатор дальности (11), где отображаются.
Сигналы азимута, курса и опорные сигналы серий «35» и «36» усиливаются и детектируются в приемнике азимутальных сигналов (4). Опорные сигналы серий «35» и «36» выделяются на широкополосном выходе 1 приемника (4), а узкополосные сигналы азимута и курса - соответственно на выходах 2 и 3 приемника (4). Опорные сигналы серий «35» и «36» поступают на вход 4 субмодуля ЦОС (13), а сигналы азимута и курса соответственно на входы 5 и 3 данного субмодуля. Обработанные опорные сигналы серий «35» и «36» с выхода 4 субмодуля ЦОС (13) поступают на вход дешифратора опорных сигналов (7), а сигнал азимута с выхода 5 данного субмодуля на вход формирователя азимутального импульса (6). Дешифрированные опорные импульсы серий «35» и «36» с выходов 1 и 2 соответственно дешифратора (7) и азимутальный импульс с выхода формирователя азимутального импульса (6) подаются на входы 2, 3 и 1 соответственно измерителя азимута (10), в котором по взаимной временной расстановке опорных сигналов и азимутального импульса определяется значение азимута. Обработанный сигнал курса с выхода 3 субмодуля ЦОС (13) поступает на вход 2 преобразователя посадочных сигналов (8), где преобразуется в разностное напряжение, пропорциональное отклонению от равносигнального направления курса и с выхода 2 подается на вход 4 измерителя азимута (10). С выхода измерителя азимута значения измеренного азимута и отклонения от курса поступают на индикатор азимута (12), где отображаются.
Недостатком данного устройства является то что, несмотря на то, что оно может обеспечить квазиоптимальную обработку принимаемых сигналов в условиях воздействия на приемник БО РСБН нестационарных шумовых помех при наличии априорной неопределенности относительно свойств сигналов и помех за счет их адаптивной обработки. Однако интенсивное освоение радиочастотного диапазона, в котором функционирует БО РСБН, например, сетью системы подвижной радиосвязи (СПР), приводит к тому, что существует такое положение (положения) летательного аппарата (ЛА) (высота полета и удаление от наземных радиомаяков) в зоне действия РСБН (даже при наличии адаптивной обработки сигналов и помех в приемнике БО РСБН), при котором достигается минимальное отношение уровня полезного сигнала к уровню непреднамеренных помех, называемое «контрольной» точкой. Это приводит к снижению мощности принимаемых сигналов (вплоть до пропадания) при одновременном увеличении относительного и абсолютного уровней принимаемых активных и пассивных помех, и как следствие, к существенному ухудшению суммарного отношения сигнал/помеха+шум в приемнике БО РСБН и снижению ЭМС БО РСБН с наземными радиоэлектронными средствами (РЭС) РСБН и, как следствие, к резкому снижению точности оценки навигационных параметров.
Задачей полезной модели является повышение помехозащищенности приемника БО РСБН, работающего в режиме приема сигналов дальности и глиссады, а также его ЭМС с наземными РЭС РСБН в условиях наличия нестационарного суммарного помехового поля на его входе при априорной неопределенности относительно свойств сигналов и помех в интересах улучшения точности измерения навигационных параметров.
Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является повышение помехозащищенности и ЭМС приемника БО РСБН, достигаемое применением методов реализующих алгоритмы определения координат «контрольных» точек и условий беспомехового функционирования РЭС в режиме приема сигналов дальности и глиссады, позволяющих осуществлять определение координат «контрольных» точек, значений отношения сигнал/помеха в них и сравнение полученных значений с защитным отношением приемника, представляющим собой минимальное допустимое отношение мощности сигнала к мощности помехи на входе приемника БО РСБН, обеспечивающее требуемое качество его функционирования в условиях воздействия непреднамеренных помех. Превышение отношения сигнал/помеха в «контрольных» точках над защитным отношением свидетельствует об ЭМС РЭС, а в случае невыполнения этого условия разрабатываются (предлагаются) рекомендации по условиям обеспечения ЭМС (экипажу - отображаются данные «контрольные» точки (их координаты) на индикаторе ЛА, наземным службам, например по частотному разносу между частотно-кодовыми каналами РСБН и частотными каналами РЭС сети СПР и т.д.).
Указанная задача и достижение заявленного технического результата достигаются тем, что согласно полезной модели в предлагаемом помехоустойчивом приемнике БО РСБН дополнительно вводится субмодуль ЭМС каналов дальности и глиссады на базе цифровых программируемых процессоров /Корнеев В.В., Кисилев А.В. Современные микропроцессоры, М.: Нолидж, 2000 г./, функционирующий на основе алгоритмов, приведенных, например в / Миханов Н.П., Ягольников С.В. Методика оценки ЭМС БО РСБН и РЭС сотовых систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования федерального стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2004, №5, с.43-48/ и осуществляющий аналогово-цифровую обработку сигналов дальности и глиссады, определение координат «контрольных» точек для данных сигналов (каналов), значений отношения сигнал/помеха в них и сравнение полученных значений с защитным отношением приемника с последующим цифро-аналоговым преобразованием / Борисов Ю.В. Первая отечественная система непрерывного контроля с быстродействующим ЦАП/АЦП 600 Мвыборок/с по двум квадратурным каналам. - Электроника: наука, технология, бизнес, 2004, №2/.
На фиг.2 представлена схема предлагаемого помехоустойчивого приемника БО РСБН. Данный помехоустойчивый приемник БО РСБН содержит: приемную антенну (1), делитель мощности (2), приемник дальномерных сигналов (3), приемник азимутальных сигналов (4), дешифратор дальномерных сигналов (5), формирователь азимутального импульса (6), дешифратор опорных сигналов (7), преобразователь посадочных сигналов (8), измеритель дальности (9), измеритель азимута (10), индикатор дальности (11), индикатор азимута (12), субмодуль ЦОС (13) и субмодуль ЭМС каналов дальности и глиссады (14).
Предлагаемый помехоустойчивый приемник БО РСБН работает следующим образом. Принятый приемной апертурой антенны (1) входной сигнал, представляющий смесь сигналов ответа дальности, азимута, курса, глиссады и опорных сигналов серий «35» и «36», через делитель мощности (2) подается на два приемника: дальномерных (3) и азимутальных (4) сигналов.
Сигналы ответа дальности и глиссады усиливаются и детектируются в приемнике дальномерных сигналов (3), при этом на его широкополосном выходе 1 выделяются ответные сигналы дальности, а узкополосный сигнал глиссады - на выходе 2 приемника. Ответные сигналы дальности и сигнал глиссады поступают на вход 1 и вход 2 соответственно субмодуля ЦОС (13) на базе цифровых программируемых процессоров, функционирующего на основе адаптивных алгоритмов фильтрации широкополосных и узкополосных сигналов и осуществляющего аналогово-цифровую обработку данных сигналов, их адаптивную фильтрацию с последующим цифро-аналоговым преобразованием. Обработанные ответные сигналы дальности с выхода 1 данного субмодуля поступают на вход дешифратора дальномерных сигналов (5), где дешифрируются. Выделенные дешифратором дальномерных сигналов (5) импульсы ответа дальности поступают на вход 1 измерителя дальности (9), в котором по интервалу времени между запросными и ответными сигналами с учетом постоянной времени задержки определяется наклонная дальность. Обработанный сигнал глиссады с выхода 2 субмодуля ЦОС (13) поступает на вход 1 преобразователя посадочных сигналов (8), функционирующего на основе принципа создания равносигнальных направлений (глиссады и курса), где преобразуются в разностное напряжение, пропорциональное отклонению от равносигнального направления глиссады и с выхода 1 подается на вход 2 измерителя дальности (9). С первого выхода измерителя дальности значения измеренной дальности и отклонения от глиссады поступают на первый вход индикатора дальности (11), где отображаются.
Со второго выхода измерителя дальности значения измеренной дальности и отклонения от глиссады поступают на вход субмодуля ЭМС каналов дальности и глиссады (14) аналогичного субмодулю, приведенному в / Занозин А.В., Миханов Н.П.. Сай П.А. Повышение защищенности бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации и посадки от помех подвижной радиосвязи стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2009, №1, с.113-116/, на базе цифровых программируемых процессоров /Корнеев В.В., Кисилев А.В. Современные микропроцессоры, М.: Нолидж, 2000 г./, функционирующего на основе алгоритмов, приведенных, например в / Миханов Н.П., Ягольников С.В. Методика оценки ЭМС БО РСБН и РЭС сотовых систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования федерального стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2004, №5, с.43-48/ и осуществляющего аналогово-цифровую обработку сигналов дальности и глиссады, определение координат «контрольных» точек для данных сигналов (каналов), значений отношения сигнал/помеха в них и сравнение полученных значений с защитным отношением приемника с последующим цифро-аналоговым преобразованием / Борисов Ю.В. Первая отечественная система непрерывного контроля с быстродействующим ЦАП/АЦП 600 Мвыборок/с по двум квадратурным каналам. - Электроника: наука, технология, бизнес, 2004, №21. С выхода субмодуля ЭМС каналов дальности и глиссады координаты «контрольных» точек, в которых не выполняется условие ЭМС, поступают на второй вход индикатора дальности (11), где отображаются.
Сигналы азимута, курса и опорные сигналы серий «35» и «36» усиливаются и детектируются в приемнике азимутальных сигналов (4). Опорные сигналы серий «35» и «36» выделяются на широкополосном выходе 1 приемника (4), а узкополосные сигналы азимута и курса - соответственно на выходах 2 и 3 приемника (4). Опорные сигналы серий «35» и «36» поступают на вход 4 субмодуля ЦОС (13), а сигналы азимута и курса соответственно на входы 5 и 3 данного субмодуля. Обработанные опорные сигналы серий «35» и «36» с выхода 4 субмодуля ЦОС (13) поступают на вход дешифратора опорных сигналов (7), а сигнал азимута с выхода 5 данного субмодуля на вход формирователя азимутального импульса (6). Дешифрированные опорные импульсы серий «35» и «36» с выходов 1 и 2 соответственно дешифратора (7) и азимутальный импульс с выхода формирователя азимутального импульса (6) подаются на входы 2, 3 и 1 соответственно измерителя азимута (10), в котором по взаимной временной расстановке опорных сигналов и азимутального импульса определяется значение азимута. Обработанный сигнал курса с выхода 3 субмодуля ЦОС (13) поступает на вход 2 преобразователя посадочных сигналов (8), где преобразуется в разностное напряжение, пропорциональное отклонению от равносигнального направления курса и с выхода 2 подается на вход 4 измерителя азимута (10). С выхода измерителя азимута значения измеренного азимута и отклонения от курса поступают на индикатор азимута (12), где отображаются.
Сравнительная оценка эффективности предлагаемого помехоустойчивого приемника БО РСБН и устройства прототипа проведена по методике, изложенной в / Миханов Н.П., Ягольников С.В. Методика оценки ЭМС БО РСБН и РЭС сотовых систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования федерального стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2004, №5, с.43-48/. В качестве критерия обеспечения защищенности от помех (ЭМС) принималось отношение мощности полезного сигнала к мощности помехи не меньшее защитного отношения приемника БО РСБН, представляющего собой минимальное допустимое отношение мощности сигнала к мощности помехи на входе приемника БО РСБН, обеспечивающее требуемое качество его функционирования (определения навигационных параметров) в условиях воздействия непреднамеренных помех, достигаемое при использовании предлагаемого помехоустойчивого приемника БО РСБН вместо устройства прототипа. Для принятия решения о совместимости БО РСБН с наземными РЭС достаточно провести проверку условия обеспечения ЭМС в «контрольной» (наихудшей) точке, где на приемнике БО РСБН достигается минимальное отношение уровня полезного сигнала к уровню непреднамеренных помех. Очевидно, что выполнение условия ЭМС в «контрольной» точке гарантирует его выполнение во всех остальных точках.
На фиг.3 приведены возможные положения «контрольных» точек для случая воздействия базовой станции (БС) сети СПР стандарта GSM - 900 на глиссадный канал предлагаемого помехоустойчивого приемника БО РСБН ЛА, работающего в режиме приема сигналов глиссадного радиомаяка посадочной радиомаячной группы (ПРМГ) (режим «посадка»).
Анализ приведенных на фиг.3 результатов, позволяет сделать вывод о том, что для рассматриваемого случая возможны следующие положения «контрольных» точек (КТ), где может не выполняться условие обеспечения ЭМС:
1. КТ 1 - ЛА осуществляет посадку в рабочем секторе глиссадного радиомаяка ПРМГ по линии, проходящей через БС, если азимут БС относительно радиомаяка находится в его рабочем секторе.
2. КТ 2 - ЛА осуществляет посадку в рабочем секторе глиссадного радиомаяка ПРМГ по ближней к БС его «боковой» границе, если БС расположена вне сектора посадки и перпендикуляр к линии БС - ПРМГ, проходящий через точку размещения БС, пересекает ближнюю «боковую» границу сектора посадки.
3. КТ 3 - в остальных случаях ЛА находится в одной из двух точек пересечения «боковых» границ и дальней границы рабочего сектора глиссадного радиомаяка ПРМГ, расстояние от которой до БС минимально.
На фиг.4 приведены возможные положения «контрольных» точек для случая воздействия сигнала БС сети СПР стандарта GSM - 900 на дальностный канал предлагаемого помехоустойчивого приемника БО РСБН ЛА, работающего в режиме приема сигналов дальности (РСБН, режим “навигация”, ПРМГ, режим “посадка”).
Анализ приведенных результатов позволяет сделать вывод о том, что применение предложенных мер помехозащищенности и оценки ЭМС в предлагаемом помехоустойчивом приемнике БО РСБН по сравнению с устройством прототипом позволит осуществить определение координат «контрольных» точек, в которых не обеспечивается требуемое качество функционирования БО РСБН в условиях воздействия непреднамеренных помех, и как следствие, например, избежать нахождения в них ЛА, что не приведет к снижению качества (точности) определения навигационных параметров. В / Занозин А.В., Миханов Н.П.. Сай П.А. Повышение защищенности бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации и посадки от помех подвижной радиосвязи стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2009, №1, с.113-116/ показано, что применение предложенных мер позволит на 9-15 дБ уменьшить требуемое отношение сигнал/помеха в каналах дальности и глиссады, что обеспечит прирост совокупного объема радиочастотного ресурса, доступного СПР стандарта GSM - 900, от 10 до 40% в зависимости от региона.
Предлагаемое устройство не требует существенной конструкционной доработки известного устройства и может быть внедрено в существующих приемниках БО РСБН.