УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОПУНКТОВОЙ ДАЛЬНОМЕТРИИ ИСТОЧНИКА 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 оценки дальности до источников сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является «Способ однопунктовой дальнометрии грозовых разрядов и устройство для его осуществления» [2]. Устройство содержит две горизонтальные ортогонально ориентированные магнитные антенны и вертикальную электрическую антенну, два интегратора, три усилителя, три фильтра, два квадратора, сумматор, имеющий два входа и один выход, решающий блок, первый пороговый блок, одновибратор и ключевой блок, причем выход первой магнитной антенны соединен последовательно с первым интегратором, первым усилителем, первым фильтром, первым квадратором, первым входом сумматора, первым входом первого порогового блока, одновибратором и вторым входом ключевого блока, выход второй магнитной антенны соединен последовательно с вторым интегратором, вторым усилителем, вторым фильтром, вторым квадратором и вторым входом сумматора, выход электрической антенны соединен последовательно с третьим усилителем и третьим фильтром, а также третий квадратор, блок вычитания, имеющий два входа и один выход, второй пороговый блок и триггер, имеющий два входа и один выход, причем выход сумматора соединен, кроме того, последовательно с первым входом блока вычитания, первым входом ключевого блока, вторым пороговым блоком и вторым входом триггера, а выход третьего фильтра соединен последовательно с третьим квадратором и вторым входом блока вычитания, выход первого порогового блока соединен, кроме того, последовательно с первым входом триггера и решающим блоком.
Недостатками прототипа являются низкая помехоустойчивость из-за использования электрической компоненты сигнала и определения дальности (момента прихода отраженного от ионосферы сигнала) по превышению установленного порогового уровня разностью квадратов суммарной магнитной и электрической компонент сигнала.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является увеличение помехоустойчивости устройства за счет использования магнитной компоненты сигнала ЭМИ и за счет определения дальности по изменению спектра магнитной компоненты сигнала.
Технический результат достигается тем, что устройство для однопунктовой дальнометрии источника сигнала, содержащее первую и вторую магнитные антенны, размещенные взаимно перпендикулярно в горизонтальной плоскости, последовательно соединенные первый усилитель и первый фильтр, последовательно соединенные второй усилитель и второй фильтр, последовательно соединенные третью антенну, третий усилитель и третий фильтр, дополнительно содержит персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), блок системы единого времени и блок связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (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, выполненный в виде сглаживающего звена с усилителем мощности, последовательно соединенные первый блок узкополосных усилителей и первый блок АЦП, последовательно соединенные второй блок узкополосных усилителей и второй блок АЦП, а также первый и второй коммутаторы, подключенные входами управления к ПЭВМ, а выходами, соответственно, подключенные к первым входам управления первого и второго блоков узкополосных усилителей, причем третья антенна выполнена магнитной и размещена перпендикулярно первой и второй магнитным антеннам, первый, второй и третий фильтры выполнены с управлением по полосе пропускания, первый, второй и третий усилители выполнены с управлением по фазе и чувствительности, первый и второй блоки АЦП выполнены трехканальными, первый и второй блоки узкополосных усилителей выполнены трехканальными с управлением по усилению, средней частоте и полосе пропускания, входы первого, второго и третьего АЦП, а также первый, второй и третий входы первого и второго блоков узкополосных усилителей подключены, соответственно, к первому, второму и третьему фильтрам, первый, второй и третий калибраторы подключены выходами, соответственно, к первой, второй и третьей магнитным антеннам, формирователь подключен к управляющим входам первого, второго и третьего фильтров, первая магнитная антенна подключена к первому усилителю, вторая магнитная антенна подключена ко второму усилителю, а входы первого, второго, третьего и четвертого ЦАП, управляющие входы первого, второго и третьего усилителей, вторые управляющие входы первого и второго блоков узкополосных усилителей, выходы первого, второго и третьего АЦП и выходы первого и второго блоков АЦП подключены к ПЭВМ.
Такое выполнение устройства для однопунктовой дальнометрии источника сигнала обеспечивает увеличение помехоустойчивости устройства за счет использования магнитной компоненты сигнала и за счет определения дальности по изменению спектра магнитной компоненты сигнала ЭМИ.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Принятые обозначения:
1 - первая магнитная антенна, 2 - вторая магнитная антенна, 3 - первый усилитель, 4 - первый фильтр, 5 - второй усилитель, 6 - второй фильтр, 7 - третья антенна, 8 - третий усилитель, 9 - третий фильтр, 10 - персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), 11 - блок системы единого времени, 12 - блок связи с абонентами, 13 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 14 - второй АЦП, 15 - третий АЦП, 16 - первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 17 - первый калибратор, 18 - второй ЦАП, 19 - второй калибратор, 20 - третий ЦАП, 21 - третий калибратор, 22 - четвертый ЦАП, 23 - формирователь, 24 - первый блок узкополосных усилителей, 25 - первый блок АЦП, 26 - второй блок узкополосных усилителей, 27 - второй блок АЦП, 28 - первый коммутатор, 29 - второй коммутатор.
Устройство для однопунктовой дальнометрии источника сигнала содержит первую магнитную антенну 1 и вторую магнитную антенну 2, размещенные взаимно перпендикулярно в горизонтальной плоскости, последовательно соединенные первый усилитель 3, первый фильтр 4, последовательно соединенные второй усилитель 5 и второй фильтр 6, последовательно соединенные третью антенну 7, третий усилитель 8 и третий фильтр 9, дополнительно содержит персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ) 10, блок 11 системы единого времени и блок 12 связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ 10, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13, второй АЦП 14 и третий АЦП 15, последовательно соединенные первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 16 и первый калибратор 17, последовательно соединенные второй ЦАП 18 и второй калибратор 19, последовательно соединенные третий ЦАП 20 и третий калибратор 21, последовательно соединенные четвертый ЦАП 22 и формирователь 23, выполненный в виде сглаживающего звена с усилителем мощности, последовательно соединенные первый блок узкополосных усилителей 24 и первый блок АЦП 25, последовательно соединенные второй блок узкополосных усилителей 26 и второй блок АЦП 27, а также первый коммутатор 28 и второй коммутатор 29, подключенные входами управления к ПЭВМ 10, а выходами, соответственно, подключенные к первым входам управления первого и второго блоков узкополосных усилителей 24, 26, причем третья антенна 7 выполнена магнитной и размещена перпендикулярно первой и второй антеннам 1, 2, первый, второй и третий фильтры 4, 6, 9 выполнены с управлением по полосе пропускания, первый, второй и третий усилители 3, 5, 8 выполнены с управлением по фазе и чувствительности, первый и второй блоки АЦП 25, 27 выполнены трехканальными, первый и второй блоки узкополосных усилителей 24, 26 выполнены трехканальными с управлением по усилению, средней частоте и полосе пропускания, входы первого, второго и третьего АЦП 13, 14, 15, а также первый, второй и третий входы первого и второго блоков узкополосных усилителей 24, 26 подключены, соответственно, к первому, второму и третьему фильтрам 4, 6, 9, первый, второй и третий калибраторы 17, 19, 21 подключены выходами, соответственно, к первой, второй и третьей магнитным антеннам 1, 2, 7, формирователь 23 подключен к управляющим входам первого, второго и третьего фильтров 4, 6, 9, первая магнитная антенна 1 подключена к первому усилителю 3, вторая магнитная антенна 2 подключена ко второму усилителю 5, а входы первого, второго, третьего и четвертого ЦАП 16, 18, 20, 22, управляющие входы первого, второго и третьего усилителей 3, 5, 8, вторые управляющие входы первого и второго блоков узкополосных усилителей 24, 26, выходы первого, второго и третьего АЦП 13, 14, 15, и выходы первого и второго блоков АЦП 25, 27 подключены к ПЭВМ 10.
Устройство для однопунктовой дальнометрии источника сигнала, установленное на пункте наблюдения, работает следующим образом. Токи, наведенные в первой магнитной антенне 1, второй магнитной антенне 2 и третьей антенне 7 от источника сигнала ЭМИ, через первый, второй и третий усилители 3, 5, 8, фильтры 4, 6, 9 и через первый, второй и третий АЦП 13, 14, 15 поступают в ПЭВМ 10, где начинается цикл обработки информации при превышении сигналом от любой из трех антенн заданного ему порогового значения. Принятые сигналы ортогональных антенн при ориентации первой магнитной антенны, например, на Север, используются для оценки направления на источник сигнала известными способами [3] угла α прихода сигнала на пункт наблюдения относительно направления на Север, например, по формуле,
,
1
2
где A, A - амплитуды сигналов средней частоты, поступающих в ПЭВМ 10 из второго и первого АЦП 14, 13, соответственно.
Одновременно с выходов первого, второго и третьего фильтров 4, 6, 9 сигналы поступают на входы первого и второго блоков узкополосных усилителей 24, 26 и через первый и второй блоки АЦП 25, 27 поступают в ПЭВМ 10 для оценки дальности. Оценка дальности проводится по формуле, учитывающей изменение спектра сигнала ЭМИ в зависимости от пройденного расстояния [4]:
,
где R - расстояние до источника сигнала, С - скорость света,
1
2
ω, ω - соответственно, верхняя и нижняя частоты сигнала ЭМИ,
1
2
H, H - соответственно, амплитуды сигналов нижней и верхней частоты сигнала ЭМИ.
1
2
1
2
Частоты ω, ω определяются в ПЭВМ 10 по результатам предварительного анализа спектров сигналов ЭМИ. С целью уменьшения времени вычислений, приводящего к образованию неконтролируемой ближней зоны при работе в реальном масштабе времени введены первый и второй блоки узкополосных усилителей 24, 26, выделяющие в спектре сигнала ЭМИ верхнюю и нижнюю частоты, заданные из ПЭВМ 10, и передающие сигналы через первый и второй блоки АЦП 25, 27 в ПЭВМ 10 для оценки дальности. Первый и второй блоки узкополосных усилителей 24, 26 выполнены управляемыми, как, например [5]. В данном случае в каждом из них предусмотрены два входа управления от ПЭВМ 10. Первые входы управления позволяют изменять емкости в фильтрах узкополосных усилителей с помощью первого и второго коммутаторов 28, 29, получающих соответствующие команды из ПЭВМ 10 для выбора диапазона частот. Вторые входы управления с помощью цифровых потенциометров позволяют изменять чувствительность и полосу пропускания и осуществлять более точную перестройку частот ω, ω.Это позволило избежать потерь времени на вычисление реального спектра сигнала и уменьшить неконтролируемую зону.
При появлении помехи, не забивающей весь рабочий диапазон частот, в ПЭВМ 10 по результатам предварительного частотного анализа формируются управляющие сигналы, которые подаются на четвертый ЦАП 22, и через формирователь 23 поступают на управляющие входы первого, второго и третьего фильтров 4, 6, 9 и вырезают из полосы пропускания участки частот помехи. Структура формирователя 23 зависит от типа управления фильтров, в конкретном случае это сглаживающие звенья с усилителями мощности, если фильтры управляются напряжением.
Требуемые амплитудные и фазовые соотношения сигналов формируются с помощью команд ПЭВМ 10, поступающих на управляющие входы первого, второго и третьего усилителей 3, 5, 8.
Режимы работы устройства могут быть реализованы в разных комбинациях, с использованием отдельного управления для каждого усилителя и фильтра. Для контроля усилительно - преобразовательных трактов предусмотрена подача калибровочных сигналов на первую и вторую антенны 1, 2 и третью антенну 7 от, соответственно, первого, второго и третьего калибраторов 17, 19, 21, управляемых ПЭВМ 10 с помощью первого, второго и третьего ЦАП 16, 18, 20.
Информация, полученная в процессе работы, привязывается к единому времени с помощью блока 11 системы единого времени (Глонасс), и передается по назначению с помощью блока 12 связи с абонентами.
Таким образом, предлагаемое устройство для однопунктовой дальнометрии источника сигнала в сравнении с прототипом обеспечивает увеличение помехоустойчивости устройства за счет использования магнитной компоненты сигнала и за счет определения дальности по изменению спектра магнитной компоненты сигнала.
Источники информации
1. Забытая радиометеорология, В. Поляков, журнал Радио, 2004, номер 7, стр. 29-30, http://detect-ufo.narod.ru/pribor/detect_radio/pelengatr_01.html http://www.chipinfo.ru/literature/radio/200407/p29-30.html
2. Способ однопунктовой дальнометрии грозовых разрядов и устройство для его осуществления (патент РФ №2085965 C1, G01S 13/95,1995 г., опубл. 27.07.1997 г.)
3. Широкополосное двухкомпонентное приемное антенное устройство (патент РФ №2474014 C1, H01Q 7/04, 2011 г., опубл. 27.01.2013)
4. Способ и устройство штормового предупреждения (патент США №4672305, G01N 31/02, 1984 г. опубл. 09.07.1987 г.)
5. Модуль фильтров для борьбы с акустической обратной связью, Э. Кузнецов, журнал Радио, 2004, номер 6, стр. 15-16, http://www.chipinfo.ru/literature/radio/200406/pl5-16.html