АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
AUTOMATIC UNMANNED DIAGNOSTIC COMPLEX

Предлагаемый комплекс относится к области диагностической техники и может быть использован для систематического дистанционного контроля источников радиоизлучений (ИРИ) и состояния магистральных газопроводов и нефтепроводов, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечек в газопроводе и нефтепроводе за счет обеспечения лучших условий выполнения мониторинга, повышения оперативности и достоверности измерения параметров состояния газовых и нефтяных трубопроводов с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).
Известны системы и устройства для дистанционного контроля ИРИ и состояния магистральных трубопроводов (патенты РФ №№2.017.138, 2.040.783, 2.091.759, 2.158.423, 2.200.900, 2.201.584, 2.211.785, 2.256.894, 2.362.981, 2.424.539; патенты США №№3.490;032, 3.808.519, 6.181.426, 6.229.313, 6.766.226; патент Франции №2.270.514; патент ЕР №0.052.053; патент WO №0.008.435; Журнал «Крылья России», 1998, М. Беспилотные самолеты «Пчелка - 1T», модели «Эксперт» и «Альбатрос», ОКБ им. Яковлева и другие).
Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемому является «Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ №2.424.539, G01V 3/16, 2010), который и выбран в качестве прототипа.
Указанный комплекс обеспечивает обмен радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем использования дуплексной радиосвязи на двух частотах с псевдослучайной их перестройкой в заданном диапазоне частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).
Однако в условиях организованных и непреднамеренных помех при контроле источников радиоизлучений, многолучевого распространения радиоволн, характерных для трасс прокладки магистральных трубопроводов, надежный обмен радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления вызывает определенные трудности.
В определенной мере проблема надежного обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн решается путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).
пр2i
Кроме того, в состав известного комплекса входят приемники, построенные по супергетеродинной схеме, в которой одни и те значения второй промежуточной частоты ω могут быть получены в результате приема сигналов на следующих частотах:
1i
2i
3i
з2i
ω, ω, ω; и ω;
пр2i
1i
гi
прi
г2i
2i
ω=ω-ω; ω=ω-ω,
пр2i
гi
з1i
пр2i
з2i
г2i
ω=ω-ω; ω=ω-ω,
где i=1, 2,… М,
М - число используемых несущих частот.
1i
2i
з1i
з2i
г1i
г2i
пр
Следовательно, если частоты настройки ω и ω принять за основные каналы приема, то наряду с ними существуют и зеркальные каналы приема, частоты ω и ω которых расположены симметрично (зеркально) относительно частот ω и ω гетеродинов (фиг.4). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К, что и по основным каналам. Поэтому зеркальные каналы приема наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость супергетеродинных приемников.
Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема.
В общем виде любые комбинационные каналы приема имеют место при выполнении условий:
пр1i
kij
г1i
ω=|±mω±nω|,
пр2i
kij
г2i
ω=|±mω±nω|,
kij
где ω - частоты j-ых комбинационных каналов приема;
m, n, j - целые положительные числа.
Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частот сигналов с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов. Так, комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:
к1i
г1i
пр2i
к2i
г1i
пр2i
ω=2ω-ω, ω=2ω+ω,
к3i
г2i
пр2i
к4i
г2i
пр2i
ω=2ω-ω, ω=2ω+ω,
Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и надежности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.
г1i
г2i
Поставленная задача решается тем, что автоматический беспилотный диагностический комплекс, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневыми двигателями, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащим инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, систему автоматического управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую приемную аппаратуру командного радиоуправления, радиоретрансляционную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему посадки и выпуска парашюта, систему управления двигателем, вычислитель системы автоматического управления, радиомаяк, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, а также мобильный наземный пункт управления, содержащий радиотелеметрическую систему, телевизионную систему, стартовую катапульту и пульт управления, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные синхронизатор, генератор псевдослучайного кода, синтезатор несущих частот, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений и команд, первый смеситель, второй вход которого через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, и первый усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные к выходу синтезатора частот первого гетеродина перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции, частоты ω и ω синтезаторов частот гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты
г2i
г1i
пр2i
ω-ω=ω,
1i
пр1i
г2i
2i
пр3i
г1i
пр1i
пр3i
2i
1i
г1i
г3i
где i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот, радиостанция, размещенная на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах ω=ω=ω, a принимает - на частотах ω=ω=ω, где ω и ω - первые и третьи промежуточные частоты, а радиостанция, размещенная на наземном пункте управления, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на частотах ω, а принимает - на частотах ω, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена синтезатором частот третьего гетеродина, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, коррелятором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого через синтезатор частот третьего гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, второй усилитель второй промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу перемножителя, на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате частоты ω и ωсинтезаторов частот первого и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты
г3i
г1i
пр2i
ω-ω=2ω
1i
и выбраны симметричными относительно частоты ω принимаемого сигнала
1i
г1i
г3i
1i
пр2i
ω-ω=ω-ω=ω,
г2i
г3i
а на наземном пункте управления частоты ω и ω синтезаторов частот второго и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты
г2i
г3i
пр2i
ω-ω=2ω
2i
и выбраны симметричными относительно частоты ω принимаемого сигнала
2i
г3i
г2i
2i
пр2i
ω-ω=ω-ω=ω.
Структурная схема автоматического беспилотного диагностического комплекса представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции 15.1, размещенной на борту ДПЛА, изображена на фиг.2. Структурная схема радиостанции 15.2, размещенной на наземном пункте 26 управления, изображена на фиг.3. Частотные диаграммы, иллюстрирующие процесс преобразования сигналов, показаны на фиг.4, 5 и 6. Фрагмент частотно-временной матрицы используемых ФМн-сигналов с ППРЧ приведен на фиг.7.
Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит систему 1 автоматического управления, спутники 2.i (i=1, 2,…, 24) глобальной навигационной системы «Навстар» или «ГЛОНАСС», навигационную систему 3, инерциальную навигационную систему 4, приемную аппаратуру 5 спутниковой навигационной системы «Навстар» или «ГЛОНАСС», вычислитель 6 действительных координат ДПЛА, радиомаяк 7, систему 8 воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, систему 10 автоматического дистанционного управления, систему 11 команд радиоуправления, информационно-логический блок 12, приемную аппаратуру 13 командного радиоуправления, обзорную телевизионную систему 14, систему 15 радиотелеметрии, систему 16 автоконтроля работы бортовых систем ДПЛА, систему 17 управления двигателем, вычислитель 18 системы автоматического управления, радиоретранслятор 19, блок 20 управления бортовыми системами, бортовой накопитель 21 информации, систему 22 посадки и выпуска парашюта, блок 23 управления системой диагностики состояния магистральных трубопроводов, систему 24 диагностики состояния магистральных трубопроводов, наземный пункт 26 управления, наземный пульт 27 управления, стартовую катапульту и систему 28 спасения, рули 29 направления.
Радиотелеметрическая система 15 содержит две радиостанции 15.1 и 15.2, размещенные на ДПЛА и наземном пункте 26 управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные синхронизатор 46.1 (46.2), генератор 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, синтезатор 30.1 (30.2) несущих частот, фазовый манипулятор 31.1 (31.2), второй вход которого соединен с выходом источника 32.1 (32.2) дискретных сообщений и команд, первый смеситель 33.1 (33.2), второй вход которого через синтезатор 34.1 (34.2) частот первого гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, усилитель 35.1 (35.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 36.1 (36.2) мощности, дуплексер 37.1 (37.2), вход - выход которого связан с приемопередающей антенной 38.1 (38.2), второй усилитель 39.1 (39.2) мощности, второй смеситель 40.1 (40.2), второй вход которого через синтезатор 41.1 (41.2) частот второго гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, первый усилитель 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, коррелятор 51.1 (51.2), пороговый блок 52.1 (52.2), ключ 53.1 (53.2), второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 42.1 (42.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 43.1 (43.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 34.1 (34.2) частот первого гетеродина, полосовой фильтр 44.1 (44.2) и фазовый детектор 45.1 (45.2), второй вход которого соединен с выходом синтезатора 41.1 (41.2) частот второго гетеродина, а выход является выходом радиостанции 15.1 (15.2). К выходу второго усилителя 39.1 (39.2) последовательно подключены третий смеситель 49.1 (49.2), второй вход которого через синтезатор 48.1 (48.2) частот третьего гетеродина соединен с выходом генератора 47.1 (47.2) псевдослучайного кода, и второй усилитель 50.1 (50.2) второй промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом коррелятора 51.1 (51.2).
Автоматический беспилотный диагностический комплекс содержит ДПЛА, планер которого выполнен из дешевых композиционных материалов. Аэродинамическая схема ДПЛА содержит моноплан с высокорасположенным крылом небольшой стреловидности, двухбалочным хвостовым оперением и расположенным в задней части фюзеляжа двухцилиндровым двухтактным поршневым двигателем и трехлопастным толкающим воздушным винтом фиксированного шага. В центроплане крыла размещаются мягкие топливные баки. В центральной части центроплана размещается посадочный парашют. Хвостовое оперение выполнено двухкилевым, между килями располагается стабилизатор. ДПЛА имеет трехколесное шасси. Основные колеса имеют тормозные устройства, обеспечивающие одновременное и дифференциальное торможение, связанные с системой 22 посадки и выпуска парашюта, подключенной к блоку 20 управления бортовыми системами. Бортовые системы ДПЛА содержат систему 1 автоматического управления, состоящую из двух систем.
Первая система - навигационная 3, в состав которой включены инерционная навигационная система 4 (ИНС), приемная аппаратура 5 спутниковой системы (СНС), связанной со спутниками 2.1 (i=1, 2,…, 24), система 8 воздушно-скоростных сигналов, малогабаритный радиовысотомер 9 малых высот, подключенных к блоку 20 управления бортовыми системами.
Вторая система - система 10 автоматического дистанционного управления, в состав которой входят система 13 командного радиоуправления и обзорная телевизионная система 14.
Система 24 диагностики состояния магистральных трубопроводов содержит магнитометр, соединенный с пассивными магнитометрическими датчиками, тепловизор, газоанализатор, телевизионную систему 14, соединенную с блоком 23 управления системой диагностики.
Выполнение полета, дистанционный контроль ИРИ и состояния магистральных трубопроводов с помощью автоматического беспилотного диагностического комплекса (АБДК) осуществляется следующим образом.
Система 10 автоматического дистанционного управления в составе блока 11 команд радиоуправления, командного логического блока 12, приемной аппаратуры 13 командного радиоуправления, обзорной телевизионной системы 14 обеспечивает:
- коррекцию или изменение маршрута полета ДПЛА;
- управление системами ДПЛА при выполнении автоматического взлета по-самолетному;
- управление системами ДПЛА при выполнении штатной, вынужденной или аварийной посадки по-самолетному;
- автоматическое пилотирование ДПЛА, прекращение выполнения задания и возврат на площадку посадки в случае необходимости.
В чрезвычайных обстоятельствах система переключает управление полетом ДПЛА на себя и работает автономно по записанной в БЦВМ 21 логике в соответствии с конкретными отказами.
Радиостанции 15.1 и 15.2 радиотелеметрической системы 15 работают следующим образом.
С помощью синхронизатора 46.1 включается генератор 47.1 псевдослучайного кода, который, в свою очередь, управляет работой синтезатора 30.1 несущих частот, синтезаторов 34.1, 41.1 и 48.1 частот первого, второго и третьего гетеродинов.
На выходе синтезатора 30.1 несущих частот последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот:
1
1
1
1
U(t)=υcos(ωt+φ),
2
2
2
1
U(t)=υcos(ωt+φ),
i
i
i
i
U(t)=υcos(ωt+φ),
м
м
м
м
c
U(t)=υcos(ωt+φ), 0≤t≤T,
c
c
T=M.t
i
1
i
c
где U, ω, φ, Т - амплитуды, несущие частоты, начальные фазы и длительность высокочастотных колебаний;
i=1, 2,…, М, М - число используемых несущих частот (число частотных каналов);
с
1
М=Δω/Δω;
с
Δω - ширина полосы частот расширенного спектра используемого сигнала (фиг.7);
1
Δω - ширина полосы частот одного частотного канала;
c
t - временной интервал между переключениями частот, характеризует собой время работы на одной несущей частоте.
c
э
В зависимости от соотношения времени работы на одной несущей частоте t и длительности информационных символов (элементарных посылок) τ псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) может быть разделена на межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную.
c
э
При межсимвольной ППРЧ n информационных символов передаются на одной частоте, при этом t=nτ, n≥2.
c
э
В качестве примера на фиг.7 показан фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМн) с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). При этом n выбрано равным 4 (t=4τ), квадратами с различной наклонной штриховкой обозначены различные информационные символы с различными фазами (0, π).
1
Сформированные высокачастотные колебания последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.1, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода источника 32.1 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.1 дискретных сообщений и команд могут быть текущие координаты ДПЛА, информация о работе и отказах бортовых систем, информация о источниках радиоизлучений и т.п. На выходе фазового манипулятора 31.1 образуется сложный ФМн-сигнал с ППРЧ
ci
i
i
ki
i
c
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤t,
ki
1
ki
э
э
1
где φ(t)={0, π} - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t)=const при Кτ<t<(к+1)τ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2,…, N-1),
э
1
с
с
1
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительного Т(Т=Nτ),
который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подаются напряжения синтезатора 34.1 частот первого гетеродина:
г11
г11
г11
г11
U(t)=υcos(ωt+φ),
г12
г12
г12
г12
U(t)=υcos(ωt+φ),
г1i
г1i
г1i
г1i
U(t)=υcos(ωt+φ),
г1м
г1м
г1м
г1м
U(t)=υcos(ωt+φ),
которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 47.1 псевдослучайного кода.
На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты.
пр1i
пр1i
пр1i
k1
пр1i
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ],
пр1i
i
г1i
где υ=½(υυ);
пр1i
i
г1i
ω=ω+ω - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.5).
пр1i
i
г1i
ω=φ+φ.
1i
пр1i
г2i
Это напряжение после усилителя в усилителе 36.1 мощности через дуплексер 37.1 поступает в приемопередающую антенну 38.1, излучается ею в эфир на частоте ω=ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 38.2 наземного пункта 26 управления и через усилитель 39.2 мощности поступает на первые входы смесителей 40.2 и 49.2, на вторые входы которых подаются напряжения синтезаторов частот гетеродинов 41.2 и 48.2 соответственно.
г1i
г1i
г1i
г1i
U(t)=υcos(ωt+φ),
г3i
г3i
г3i
г3i
U(t)=υcos(ωt+φ).
г1i
г3i
Причем частоты ω и ω синтезаторов частот гетеродинов 41.2 и 48.2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты (фиг.5)
г3i
г1i
пр2i
ω-ω=2ω
1i
и выбраны симметричными относительно частоты ω принимаемого сигнала
г3i
1i
1i
г1i
пр2i
ω-ω=ω-ω=ω.
Это обстоятельство приводит к увеличению количества элементов, но создает благоприятные условия для подавления дополнительных каналов приема за счет корреляционной обработки канальных напряжений.
На выходе смесителей 40.2 и 49.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42.2 и 50.2 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:
пр2i
пр2i
пр2i
k1
пр2i
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ],
пр3i
пр3i
пр2i
k1
пр3i
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ],
c1
0≤t≤T,
пр2i
пр1i
г1i
где υ=1/2(υυ),
пр3i
пр1i
г3i
υ=1/2(υυ),
пр2i
1i
г1i
г3i
1i
ω=ω-ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота:
пр2i
пр1i
г1i
пр3i
г3i
пр1i
φ=φ-φ; φ=φ-φ,
i
пр2i
пр3i
пр1i
1i
пор
которые поступают на два входа коррелятора 51.2. На выходе последнего образуется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Так как канальные напряжения U(t) и U(t) образованы одним и тем же сложным ФМн-сигналом U(t), принимаемым по основному каналу на частоте ω, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 51.2 достигает максимального значения и превышает пороговое напряжение υ в пороговом блоке 52.2.
Следует также отметить, что корреляционная функция R(τ) сложных ФМн-сигналов обладает замечательным свойством: она имеет значительный по уровню главный лепесток и низкий уровень боковых лепестков.
пор
пр2i
При превышении порогового уровня υ в пороговом блоке 52.2 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 53.2 и открывает его. В исходном состоянии ключ 53.2 всегда закрыт.При этом напряжения U(t) с выхода усилителя 42.2 второй промежуточной частоты через открытый ключ 53.2 поступают на первый вход перемножителя 43.2.
На второй вход перемножителя 43.2 подаются напряжение синтезатора 34.2 частот первого гетеродина
г2i
г2i
г2i
г2i
U(t)=υcos(ωt+φ).
На выходе перемножителя 43.2 образуются напряжения
2i
2i
г1i
к1
г1i
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ]
2i
пр2i
г2i
где υ=1/2(υυ),
г1i
которые выделяются полосовым фильтром 44.2 и поступают на первый (информационный) вход фазового детектора 45.2, на второй (опорный) вход которого подаются напряжения U(t) гетеродина 41.2. На выходе фазового детектора 45.2 образуется низкочастотное напряжение
н1i
н1i
к1
U(t)=υcosφ(t),
н1i
2i
г1i
где υ=1/2(υυ),
1
пропорциональное модулирующему коду M(t). На наземном пункте 26 управления с помощью синхронизатора 46.2, генератора 47.2 псевдослучайного кода и синтезатора 30.2 несущих частот формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот
i
i
i
i
U(t)=υcos(ωt+φ),
2
которые последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 31.2, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода источника 32.2 дискретных сообщений и команд. В качестве источника 32.2 дискретных сообщений и команд могут быть сигналы запроса о работе различных бортовых систем, команды на включение или выключении блоков и т.д.
На выходе фазового манипулятора 31.2 образуется сложный ФМн-сигнал
ci
i
i
к2
i
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ],
г2i
который поступает на первый вход смесителя 33.2, на второй вход которого подается напряжение U(t) синтезатора 34.2 частот первого гетеродина. На выходе смесителя 33.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35.2 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
пр4i
пр4i
пр3i
к2
пр4i
U(t)=υcos[ωt-φ(t)+φ],
пр4i
i
г2i
где υ=1/2(υυ);
пр3i
г2i
i
ω=ω-ω - третья промежуточная (разностная) частота;
пр4i
г2i
i.
φ=φ-φ
2i
пр3i
г1i
Это напряжение после усиления в усилителе 36.2 мощности через дуплексер 37.2 поступает в приемопередающую антенну 38.2, излучается ею в эфир на частоте ω=ω=ω, устанавливается приемопередающей антенной 38.1 ДПЛА и через дуплексер 37.1 и усилитель 39.1 мощности поступает на первые входы смесителей 40.1 и 49.1, на вторые входы которых подаются напряжения синтезаторов частот гетеродинов 41.1 и 48.1 соответственно:
г2i
г2i
г2i
г2i
U(t)=υcos(ωt+φ),
г3i
г3i
г3i
г3i
U(t)=υcos(ωt+φ).
г2i
г3i
Причем частоты ω и ω синтезаторов частот гетеродинов 41.1 и 48.1 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты (фиг.6)
г2i
г3i
пр2i
ω-ω=ω
2i
и выбраны симметричными относительно частоты ω принимаемого сигнала
г2i
2i
2i
г3i
пр2i
ω-ω=ω-ω=ω.
На выходе смесителей 40.1 и 49.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 42.1 и 50.1 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:
пр5i
пр5i
пр2i
к2
пр5i
U(t)=υcos[ωt-φ(t)+φ],
пр6i
пр6i
пр2i
к2
пр6i
U(t)=υcos[ωt-φ(t)+φ],
пр5
пр4i
г2i
где U=1/2(UU);
пр6
пр4i
г3i
U=1/2(UU),
пр2i
г2i
2i
2i
г3i
ω=ω-ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр5i
г2i
пр4i
пр6i
пр4i
г3i
φ=φ-φ; φ=φ-φ,
i
пр5i
пр6i
2i
пор
пор
пр5i
которые поступают на два входа коррелятора 51.1. На выходе последнего образуется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Так как канальные напряжения U(t) и U(t) образованы одним и тем же ФМн-сигналом, принимаемым по основному каналу на частоте ω, то между указанными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 51.1 достигает максимального значения и превышает пороговое напряжение U в пороговом блоке 52.1. При превышении порогового уровня U в пороговом блоке 52.1 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 53.1 и открывает его. В исходном состоянии ключ 53.1 всегда закрыт.При этом напряжение U(t) с выхода усилителя 42.1 второй промежуточной частоты через открытый ключ 53.1 поступает на первый вход перемножителя 43.1, на второй вход которого подается напряжение синтезатора 34.1 частот гетеродина.
г1i
г1i
г1i
г1i
U(t)=υcos(ωt+φ).
На выходе перемножителя 43.1 образуется напряжение
3i
3i
г2i
к2
г2i
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ],
3i
пр5i
г1i
где υ=1/2(υυ),
г2i
которое выделяется полосовым фильтром 44.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U(t) синтезатора частот гетеродина 41.1. На выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение
н2i
н2i
к2
U(t)=υcosφ(t),
н2i
3i
г2i
где υ=υυ,
2
пропорциональное модулирующему коду M(t).
г1i
г2i
При этом частоты ω и ω синтезаторов 34.1 (34.2) и 41.1 (41.2) гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты
г2i
г1i
пр2i
ω-ω=ω.
1i
пр1i
г2i
2i
пр3i
г1i
2i
1i
Радиостанция 15.1, размещаемая на ДПЛА, излучает сложные ФМн-сигналы с ППРЧ на частотах ω=ω=ω, а принимает - на частотах ω=ω=ω. Радиостанция 15.2, размещаемая на наземном пункте 26 управления, наоборот, излучает сложные ФМн-сигналы с ППРЧ на частотах ω, a принимает - частотах ω.
1i
2i
Описанная выше работа радиостанций 15.1 и 15.2 соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов с ППРЧ по основным каналам на частотах ω и ω (фиг.5 и 6).
з1i
Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте ω (фиг.5)
з1i
з1i
з1i
з1i
з1
U(t)=υcos(ωt+φ), 0≤t≤T,
то усилителями 40.2 и 49.2 выделяются следующие напряжения:
пр7i
пр7i
пр2i
пр7i
U(t)=υcos(ωt+φ),
пр8i
пр8i
пр2i
пр8i
з1
U(t)=υcos(3ωt+φ], 0≤t≤T,
пр7i
з1i
г1i
где υ=1/2υυ,
пр8i
з1i
г3i
υ=1/2(υυ),
пр2i
г1i
з1i
ω=ω-ω - вторая промежуточная частота:
пр2i
г3i
з1i
3ω=ω-ω - утроенное значение второй промежуточной частоты;
пр7i
г1i
з1i
пр8i
г3i
з1i.
φ=φ-φ; φ=φ-φ
пр7i
з1i
з1i
Однако только напряжение U(t) попадает в полосу пропускания усилителя 42.2 второй промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 51.2 равно нулю. Ключ 53.2 не открывается и ложный сигнал (помеха) U(t), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте ω, подавляется.
з3i
Если ложный сигнал (помеха) принимается по третьему зеркальному каналу на частоте ω
з3i
з3i
з3i
з3i
з3
U(t)=υcos(ωt+φ], 0≤t≤T,
то усилителя 40.2 и 49.2 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
пр9i
пр9i
пр2i
пр2i
U(t)=υcos(3ωt+φ),
пр10i
пр10i
пр2i
пр10i
U(t)=υcos(ωt+φ),
пр9i
з3i
г1i
где υ=1/2(υυ);
пр10i
з3i
г3i
υ=1/2(υυ);
пр2i
з3i
г1i
3ω=ω-ω - устроенное значение второй промежуточной частоты;
пр2i
з3i
г3i
ω=ω-ω - вторая промежуточная частота;
пр9i
з3i
г1i
пр10i
з3i
г3i
φ=φ-φ; φ=φ-φ.
пр10i
з3i
з3i,
Однако только напряжение U(t) попадает в полосу пропускания усилителя 49.2 второй промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 51.2 также равно нулю. Ключ 53.2 не открывается и ложный сигнал (помеха) U(t), принимаемый по третьему зеркальному каналу на частоте ω подавляется.
к1i
к2i
По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому ω или второму ω или по любому другому комбинационному каналу.
з1i
з3i
Если ложные сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому ω и третьему ω зеркальным каналам, то усилителями 42.2 и 50.2 второй промежуточной частоты выделяются напряжения:
пр7i
пр7i
пр2i
пр7i
U=Ucos(ωt+φ),
прl0i
пр10i
пр2i
пр10i
U=υcos(ωt+φ),
пор
пр7i
пр10i
з1i
з1i
3зi
з3i
пор
i
которые поступают на два входа коррелятора 51.2. На выходе последнего образуется напряжение, которое не достигает максимального и не превышает порогового уровня υ в пороговом блоке 52.2. Это объясняется тем, что канальные напряжения U(t) и U(t) образованы разными ложными сигналами (помехами) U(t) и U(t), принимаемыми на разных частотах ω и ω. Поэтому между ними существует слабая корреляционная связь и напряжение коррелятора 51.2 не достигает максимального значения и не превышает пороговый уровень υ в пороговом блоке 52.2. Кроме того, корреляционная функция R(τ) ложных сигналов (помех) не имеет ярко выраженного главного лепестка.
з2i
з3i
к5i
к6i
к7i
к8i
По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи) на ДПЛА, принимаемые на частотах ω, ω, ω, ω, ω и ω.
Автоматический беспилотный диагностический комплекс позволяет получить радиотехническую информацию о ИРИ и визуальную информацию о состоянии магистральных трубопроводов в сложных метеоусловиях, в любое время суток при полете ДПЛА на высоте 50-100 м со скоростью 120-140 км/час над трубопроводом в равнинной местности по координатам с использованием спутниковой навигационной системы, что уменьшает ошибки, не превышающие по боковому отключению ±10 м и по высоте ±20 м.
В каждом полете ДПЛА обследует до 450 км трубопровода с возвратом на площадку старта.
Рабочие частоты сигналов и частоты гетеродинов изменяются в широких пределах в соответствии с псевдослучайными кодами, известными на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления и неизвестными постановщикам помех. Это обстоятельство обеспечивает повышение достоверности и скрытности обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления.
c
Стратегия борьбы с организованными и непреднамеренными помехами в предлагаемом устройстве заключается в «уходе» сигналов дуплексной системы радиосвязи от воздействия помех путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты и в «противоборстве» с ними путем фазовой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью. При защите от помех важной характеристикой является фактическое время работы на одной частоте t.
Чем меньше это время, тем выше вероятность того, что ФМн-сигналы дуплексной системы радиосвязи с ППРЧ не будут подвержены воздействию организованных помех. Помехоустойчивость зависит не только от времени работы на одной частоте, но и от вида помехи и ее мощности, мощности полезного сигнала, структуры приемников.
Используемые сложные ФМн-сигналы с ППРЧ обладают энергетической, структурной, временной, информационной и пространственной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал с ППРЧ в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала с ППРЧ отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов с ППРЧ обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов с ППРЧ априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемников. Сложные ФМн-сигналы с ППРЧ позволяют применить новый вид селекции - структурную секцию.
Временная скрытность указанных сигналов определяется возможностью радиотехнической разведки по сбору необходимой информации о системе дуплексной радиосвязи (виде и параметрах сигналов, назначении системы радиосвязи и т.п.) за определенное время и зависит от условий, в которых используется система дуплексной радиосвязи, ее временных режимов работы на излучение, тактиль-технических характеристик станции радиотехнической разведки и характера ведения разведки.
Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие смысла сообщений, которыми обмениваются ДПЛА и наземный пункт управления.
Пространственная скрытность характеризует способность препятствовать станции радиотехнической разведки с необходимой точностью определять направление прихода сигналов или местоположение системы дуплексной радиосвязи. Пространственная скрытность, как и другие виды скрытности, кроме энергетической, является условным событием и зависит от параметров системы дуплексной радиосвязи, например мощности сигнала, вида и параметров диаграммы направленности приемопередающих антенн.
Таким образом, предлагаемый автоматический беспилотный диагностический комплекс по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и надежности обмена радиотелеметрической и командной информацией между ДПЛА и наземным пунктом управления. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, за счет корреляционной обработки канальных напряжений.