УСТРОЙСТВО ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО ПРИЕМНИКА 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) в условиях воздействия помех.
Известно устройство подавления узкополосных и импульсных помех /Устройство подавления узкополосных и импульсных помех. - авт. св. СССР 1329577, кл. H04B 1/10, 05.12.85/, предназначенное для подавления узкополосных и импульсных помех на входе устройства. Данное устройство содежит: фильтр, три элемента задержки, коммутатор, фазовый корректор, узкополосный фильтр, вычислитель, два ключа, блок оценки среднеквадратического значения напряжения сигнала, делитель напряжений, амплитудный компаратор, детектор огибающей и элемент усреднения. Недостатком этого устройства является то, что оно может подавлять только стационарные узкополосные и импульсные помехи.
Известно устройство компенсатора помехи /Компенсатор помехи. - авт. св. СССР 1358756, кл. H04B 1/10, 06.05.85/, предназначенное для подавления широкополосной помехи на входе устройства. Данное устройство содержит: две дисперсионные линии задержки, два преобразователя частоты, сумматор, регулируемый по частоте генератор, интегратор, смеситель и фазовращатель. Недостатком этого устройства является то, что оно может подавлять только стационарные широкополосные помехи.
Прототипом полезной модели по технической сущности является устройство приемника бортового оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки (БО РСБН), представленное на фиг.1 /Трояновский А.Д., Клуга A.M., Цилькер Б.Я. Бортовое оборудование радиосистем ближней навигации - М.: Транспорт, 1990. С.132/. 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) и индикатор азимута (12).
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 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.
Сигнал глиссады 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 дешифратора опорных сигналов (7), а сигнал азимута 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.
Сигнал курса 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, оно может обеспечить квазиоптимальную обработку принимаемых сигналов в условии воздействия только стационарных шумовых и хаотических импульсных помех. Однако интенсивное освоение радиочастотного диапазона, в котором функционирует БО РСБН, например, сетью подвижной радиосвязи, приводит к тому, что данное устройство вынуждено функционировать в сложной, изменяющейся (нестационарной) помеховой обстановке, характеризующейся существенным возрастанием уровня суммарного помехового поля на его входе при априорной неопределенности относительно свойств помех и сигналов. Это приводит к снижению мощности принимаемых сигналов (вплоть до пропадания) при одновременном увеличении относительного и абсолютного уровней принимаемых активных и пассивных помех, а также к искажению формы и сильным флуктуациям сигналов при работе за пределами радиогоризонта, особенно в зоне интерференции дифракционной и тропосферной радиоволн, и как следствие, к существенному ухудшению суммарного отношения сигнал/помеха+шум в приемнике БО РСБН и резкому снижению точности оценки навигационных параметров.
Задачей полезной модели является повышение помехозащищенности приемника БО 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 обобщенного отношения сигнал/помеха+шум в приемнике БО РСБН, достигаемое применением методов реализующих алгоритмы адаптивной обработки сигналов, позволяющих осуществлять подавление нестационарных помех в условиях априорной неопределенности, в каналах приема.
Указанная задача и достижение заявленного технического результата достигаются тем, что согласно полезной модели в предлагаемом устройстве помехоустойчивого приемника БО РСБН дополнительно вводится субмодуль цифровой обработки сигналов (ЦОС) на базе цифровых программируемых процессоров /Корнеев В.В., Кисилев А.В. Современные микропроцессоры, М.: Нолидж, 2000 г./, функционирующий на основе адаптивных алгоритмов фильтрации, приведенных, например 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/ и осуществляющий аналогово-цифровую обработку сигналов, их адаптивную фильтрацию 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 устройства помехоустойчивого приемника БО РСБН. 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 ЦОС (13).
Предлагаемое устройство помехоустойчивого приемника 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) 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 адаптивных алгоритмов фильтрации широкополосных и узкополосных сигналов приведенных, например 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/ и осуществляющего аналогово-цифровую обработку данных сигналов, их адаптивную фильтрацию 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/. 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.
Сравнительная оценка эффективности предлагаемого устройства помехоустойчивого приемника БО РСБН и устройства прототипа проведена по методике, изложенной 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/. В качестве показателя защищенности от помех использовалось минимальное отношение мощности полезного сигнала к мощности помехи, при котором обеспечивается требуемое качество определения навигационных параметров, достигаемое при использовании предлагаемого устройства помехоустойчивого приемника БО РСБН вместо устройства прототипа. Количественно оценить его можно величиной уменьшения отношения сигнал/помеха+шум, при котором еще обеспечивается требуемое качество определения навигационных параметров.
В таблице приведены результаты оценки эффективности предлагаемого устройства помехоустойчивого приемника БО РСБН относительно устройства прототипа для всех полезных сигналов, принимаемых приемником БО РСБН (узкополосных - сигналов азимута, курса и глиссады и широкополосных - сигналов ответа дальности и опорных сигналов серий «35» и «36») в условиях воздействия помех подвижной радиосвязи стандарта GSM - 900.
Анализ приведенных в таблице результатов, позволяет сделать вывод о том, что применение предложенных мер помехозащиты в предлагаемом устройстве помехоустойчивого приемника БО РСБН по сравнению с устройством прототипом позволит на 9-20 дБ уменьшить требуемое отношение сигнал/помеха+шум, обеспечивающее заданное качество (точность) определения навигационных параметров.
Предлагаемое устройство не требует существенной конструкционной доработки известного устройства и может быть внедрено в существующих приемниках БО РСБН.
Устройство помехоустойчивого приемника бортового оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки
Таблица
Принимаемый сигнал приемником БО РСБН
Уменьшение отношения сигнал/помеха+шум, дБ
Азимутальный
15-20
Курсовой
9-13
Глиссадный
10-13
Дальностный
9-15
Опорный - серии «35», «36»
9-15