ПАНОРАМНЫЙ ПРИЕМНИК
PANORAMIC RECEIVER

Предлагаемый приемник относится к области радиотехники и может быть использован для измерения несущей частоты и вида модуляции сигналов, принимаемых в заданном диапазоне частот, а также пеленгации источника их излучения в двух плоскостях.
Известны панорамные приемники (авт. свид. СССР №№1.272.266, 1.290.192, 1.354.124, 1.531.018, 1.661.661, 1.742.741, 1.832.215; патенты РФ №№2.001.407, 2.010.244, 2.010.245, 2.025.737, 2.030.750, 2.279.095, 2.366.079; патенты США №№4.443.801, 4.904.930; Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М., Сов. радио, 1968, с. 386, рис. 103 и другие).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Панорамный приемник" (патент РФ №2.279.096, G01R 23/00, 2005), которой и выбран в качестве прототипа.
Указанный приемник обеспечивает визуальное определение несущей частоты и вида модуляции принимаемого сигнала, но не позволяет осуществлять пеленгацию источника их излучения в двух плоскостях.
Технической задачей изображения является расширение функциональных возможностей панорамного приемника путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сигналов в двух плоскостях.
Поставленная задача решается тем, что панорамный приемник, содержащий в соответствии с ближайшим аналогом последовательно включенные первую приемную антенну, первую входную цепь, первый усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, детектор, видеоусилитель и вертикально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки, горизонтально отклоняющие пластины которой соединены с устройством формирования частотной развертки, последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты линию задержки, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый фильтр нижних частот и вертикально отклоняющие пластины второй электронно-лучевой трубки, последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты фазовращатель на 90°, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, и второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с горизонтально отклоняющими пластинами второй электронно-лучевой трубки, при этом управляющие входы первой входной цепи, первого усилителя высокой частоты, гетеродина и устройства формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока перестройки, согласно изобретению снабжен блоком регистрации и четырьмя пеленгационными каналами, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, входной цепи, усилителя высокой частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, узкополосного фильтра и фазометра, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход подключен к блоку регистрации, причем управляющие входы каждой входной цепи и каждого усилителя высокой частоты соединены с соответствующими выходами блока перестройки, приемными антеннами образованы измерительные базы, по две на каждую плоскость, расположенные в виде геометрического прямого угла, в вершине которого помещена первая приемная антенна, общая для других приемных антенн, размещенных в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно с выполнением соотношений:
где λ - длина волны;
1
3
d d - измерительные базы, образующие грубые, но однозначные шкалы отсчета азимута α и угла места β соответственно;
2
4
d, d - измерительные базы, образующие точные, но неоднозначные шкалы отсчета азимута α и угла места β соответственно.
Структурная схема панорамного приемника представлена на фиг. 1. Вид возможных осциллограмм на экранах ЭЛТ изображен на фиг. 2 и 3. Вид комплексной огибающей принимаемого сигнала показан на фиг. 4. Взаимное расположение приемных антенн показано на фиг. 5.
Панорамный приемник содержит последовательно включенные первую приемную антенну 1, первую входную цепь 2, первый усилитель 3 высокой частоты, смеситель 4, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 6, усилитель 8 промежуточной частоты, детектор 9, видеоусилитель 10 и вертикально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 11, горизонтально отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства 7 формирования частотной развертки, вход которого соединен с соответствующим выходом блока 5 перестройки. В качестве последнего может быть использован электрический мотор или генератор пилообразного напряжения. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены линия задержки 12, первый перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом усилителя 8 промежуточной частоты, первый фильтр 16 нижних частот и вертикально отклоняющие пластины второй ЭЛТ 18. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель 13 на 90°, второй перемножитель 15, второй вход которого соединен с выходом линии задержки 12, и второй фильтр 17 нижних частот, выход которого соединен с горизонтально отклоняющими пластинами ЭЛТ 18.
Указанные блоки образуют измерительный канал панорамного приемника, который снабжен четырьмя пеленгационными каналами, каждый из которых содержит последовательно включенные приемную антенну 19 (20, 21, 22), входную цепь 23 (24, 25, 26), усилитель 27 (28, 29, 30) высокой частоты, перемножитель 31 (32, 33, 34), второй вход которого соединен с выходом усилителя 8 промежуточной частоты, узкополосного фильтра 35 (36, 37, 38) и фазометра 39 (40, 41, 42), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 6, а выход подключен к блоку 43 регистрации. При этом управляющие входы входной цепи 23 (24, 25, 26) и усилителя 27 (28, 29, 30) высокой частоты соединены с соответствующими выходами блока 5 перестройки. Приемными антеннами 1, 19-22 образованы измерительные базы, по две на каждую плоскость, расположенные в виде геометрического прямого угла, в вершине которого помещена первая приемная антенна 1, общая для других приемных антенн 19-22, размещенных в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно с выполнением соотношений:
где λ - длина волны;
1
3
d, d - измерительные базы, образующие грубые, но однозначные шкалы отсчета азимута α и угла места β соответственно;
2
4
d, d - измерительные базы, образующие точные, но неоднозначные шкалы отсчета азимута α и угла места β соответственно (фиг. 5).
Панорамный приемник работает следующим образом.
В процессе поиска сигналов контролируемых радиоэлектронных средств (РЭС) перестройка приемника в заданном диапазоне частот Δf осуществляется блоком 5 перестройки, который по линейному закону согласованно изменяет настройку входной цепи 2, усилителя 3 высокой частоты и гетеродина. Одновременно блок 5 перестройки управляет устройством 7 формирования частотной развертки на экране ЭЛТ 11.
Принимаемые сигналы, несущую частоту и вид модуляции которых необходимо определить, можно представить следующим образом:
где V(t) - огибающая (изменяющаяся во времени амплитуда) сигнала;
с
с
1
4
с
ω, φ, φ-φ, Т - несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;
±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная различными дестабилизирующими факторами, в том числе и эффектом Доплера;
н
φ(t) - нелинейная составляющая, отображающая вид манипуляции.
Введем обозначение результирующей фазы сигнала
с
Несущая частота ω не влияет на форму сигнала, а только смещает его спектр по оси частот. Форма сигнала зависит от функции V(t) и Ф(t), которые формируют комплексную огибающую сигнала.
Следовательно, для представления любого сигнала достаточно знать его несущую частоту и двухкомпонентный векторный процесс - комплексную огибающую.
Указанные сигналы с выхода приемных антенн 1, 19-22 через входные цепи 2, 23-26 и усилители 3, 27-30 высокой частоты поступают на первые входы смесителя 4, перемножителей 31-34 соответственно.
На второй вход смесителя 4 подается напряжение гетеродина 6 линейно-изменяющейся частоты
Г
Г
Г
П
где V, ω, φ, Т - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;
<mrow><mi>γ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>f</mi></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>П</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
- скорость перестройки частоты гетеродина в заданном диапазоне частот Δf.
На выходе смесителя 4 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 8 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mi>V</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mi>г</mi></msub></mrow>
где
;
пр
с
Г
ω=ω-ω - промежуточная (разностная) частота;
пр
с
Г
ω=φ-φ,
с
которое после детектирования в детекторе 9 и дополнительного усиления в видеоусилителе 10 подается на вертикально отклоняющие пластины первой ЭЛТ 11, в результате чего на экране образуется импульс (частотная метка), положение которого на частотной развертке определяет несущую частоту ω±Δω принимаемого сигнала (фиг. 2). При этом частотная развертка ЭЛТ 11 проградуирована в единицах частоты, что позволяет оператору визуально оценить несущую частоту принимаемого сигнала.
пр
Напряжение U(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты одновременно поступает на входы линии задержки 12, фазовращателя 13 на 90° и перемножителя 14, 31-34 измерительного и пеленгационных каналов. На выходах линии задержки 12 и фазовращателя 13 на 90° образуются следующие напряжения:
где τ - время задержки линии задержки 12, которые поступают на входы перемножителей 14 и 15. При этом время задержки τ целесообразно выбирать таким образом, чтобы удовлетворялось неравенство
c
где Δf - полоса частоты, занимаемой принимаемым сигналом.
На выходах перемножителей образуются следующие напряжения:
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mi>V</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>−</mo><mi>τ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
где
;
b
ω=2πγτ - частота биений;
н1
н
н
φ(t)=φ(t-τ)-φ(t);
в
пр
2
φ=ωτ-πγτ;
2
н
пр
2
φ(t)=φ(t)-πγt+φ.
Σ1
Σ2
Фильтрами 16 и 17 нижних частот из результирующих напряжений U(t) и U(t) выделяются низкочастотные напряжения биений:
которые подаются на вертикально отклоняющие и горизонтально отклоняющие пластины второй ЭЛТ 18.
пр1
В указанных напряжениях содержится вся исчерпывающая информация как о значении огибающей V(t), так и о разности фаз
н1
н2
пр1
н1
н2
принятых колебаний в двух отстоящих на τ моментах времени. Этим напряжением на плоскости соответствует точка с координатами U(t) и U(t) (фиг. 4). При этом очевидно, что с изменением огибающей U(t) точка смещается по радиусу из начала координат, а изменение разности фаз Δφ(t) приводит к повороту этой точки по окружности вокруг центра координат. В связи с вышеуказанным различным видам модуляции в плоскости [U(t), U(t)] будут соответствовать различные образы. На фиг. 3 приведены осциллограммы для различных классов, которые образуются на экране ЭЛТ 18. По этим осциллограммам оператор визуально может оценить вид модуляции принимаемого сигнала.
На выходе перемножителей 31-34 образуются напряжения:
где
Между измерительными базами устанавливаются неравенства:
где λ - длина волны;
1
3
d, d - измерительные базы, образующие грубые, но однозначные шкалы отсчета азимута α и угла места β соответственно;
2
4
d, d - измерительные базы, образующие точные, но неоднозначные шкалы отсчета азимута α и угла места β соответственно.
Таким образом, предлагаемый панорамный приемник по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает не только измерение несущей частоты и вида модуляции принимаемого сигнала, но и осуществляет точную и однозначную пеленгацию источника его излучения в двух плоскостях. При этом приемные антенны образуют в каждой плоскости две измерительные базы, размещаемые в виде геометрического прямого угла, в вершине которого помещается первая приемная антенна измерительного канала, общая для других приемных антенн, расположенных в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно. Причем между образованными измерительными базами устанавливаются неравенства:
Предлагаемый панорамный приемник инвариантен к нестабильности несущей частоты ±Δω и виду модуляции принимаемых сигналов, что позволяет повысить точность пеленгации источников излучения сигналов с различными видами модуляции.
г
Кроме того, пеленгация источников излучения сигналов производится на частоте ω гетеродина.
Тем самым функциональные возможности приемника расширены.