ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР
PHASE LOCATION FINDER

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения и пеленгации фазоманипулированных (ФМн) сигналов.
Известно устройство для пеленгации источников излучения сигналов [1], содержащее первую и вторую приемные антенны, первый и второй приемники, первый, второй и третий перемножители, первый и второй узкополосные фильтры, фазовращатель на 90°, фазовый детектор, первый и второй индикаторы, коррелятор, блок регулируемой задержки, фильтр нижних частот, экстремальный регулятор и измерительный прибор.
Недостатком устройства-аналога является большая склонность к самовозбуждению схемы фазового пеленгатора за счет влияния фазовых каналов друг на друга, работающих на одинаковых промежуточных частотах.
В качестве устройства-прототипа выбран фазовый пеленгатор, в котором используются две антенны, два приемных устройства и фазометр [2].
Указанный пеленгатор использует фазовый принцип пеленгации, когда радиоволна с плоским фронтом образует на выходах антенн когерентные сигналы, разность фаз Δφ между которыми зависит от направления α на пеленгуемый источник излучения:
где d - расстояние между антеннами (база), λ - длина волны.
Недостатками такого построения являются низкая помехозащищенность и ограниченные функциональные возможности.
Задача изобретения - повышение помехозащищенности, расширение функциональных возможностей и снижение склонности к самовозбуждению схемы фазового пеленгатора.
Поставленная задача решается тем, что в фазовый пеленгатор, содержащий две антенны, два приемных устройства и фазометр, при этом вход первого приемного устройства соединен с первой антенной, а выход - с первым входом фазометра, вход второго приемного устройства соединен со второй антенной, а выход - с вторым входом фазометра, согласно изобретению перед фазометром дополнительно введены три преобразователя частоты, гетеродин, фильтр суммарной частоты, фильтр разностной частоты, два узкополосных фильтра, при этом первый вход первого преобразователя частоты соединен с выходом второго приемного устройства, второй вход - с выходом гетеродина, а выход этого преобразователя соединен с входами фильтров суммарной частоты и разностной частоты, первый вход второго преобразователя частоты соединен с первым приемным устройством, второй вход - с выходом фильтра разностной частоты, выход этого преобразователя соединен с входом первого узкополосного фильтра, первый вход третьего преобразователя частоты соединен с первым приемным устройством, второй вход - с выходом фильтра суммарной частоты, а выход этого преобразователя соединен с входом второго узкополосного фильтра, при этом выход первого узкополосного фильтра поступает на первый вход фазометра, а выход второго узкополосного фильтра - на второй вход фазометра.
Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение стабильности работы пеленгатора и уменьшение склонности к самовозбуждению схемы пеленгатора. Заявленный фазовый пеленгатор содержит две антенны, два приемных устройства, три преобразователя частоты, один гетеродин, четыре фильтра, фазовый дискриминатор, определенным образом соединенные между собой. Отличительной особенностью построения пеленгатора является то, что благодаря основному усилению слабого принятого сигнала на суммарной и разностной частотах уменьшается склонность к самовозбуждению схемы пеленгатора.
На фиг.1 представлена схема пеленгатора, содержащая первый 1 и второй 2 антенные входы, первый 3 и второй 4 приемные устройства, гетеродин 6, первый 7, второй 8 и третий 9 преобразователи частоты, фильтр разностной частоты 10, фильтр суммарной частоты 11, первый 12 и второй 13 узкополосные фильтры, фазометр 5.
Фазовый пеленгатор работает следующим образом. Электромагнитная волна преобразуется антеннами 1 и 2 в ФМн сигналы с разностью фаз Δφ, определяемой выражением (1). Далее эти сигналы усиливаются приемными устройствами 3 и 4. Усиленные сигналы поступают с выходов приемных устройств 3 и 4 на входы преобразователей частоты 7, 8 и 9. Пусть на вход второго 8 и третьего 9 смесителей поступает ФМн сигнал в виде
µ
m
H
1
µ
где для каждого µ значение q может принимать величины 0 или 1 в зависимости от конкретного вида псевдослучайной последовательности (ПСП), функция 1(t) - единичный скачек, N - число элементов последовательности, U - амплитуда сигнала после усиления в приемных устройствах 3 и 4, , ω - частота ВЧ-заполнения радиоимпульсов последовательности, ψ - начальная фаза ВЧ-заполнения сигнала на первом антенном входе при q=0, τ - длительность элемента последовательности, длительность всей последовательности равна Nτ,
тогда сигнал на входе первого смесителя 7 имеет вид:
2
µ
где , ψ - начальная фаза ВЧ-заполнения сигнала на первом антенном входе при q=0.
Разность фаз, принятых на разнесенные в пространстве антенны, определяется выражением
1
2
Δφ=ψ-ψ.
Запишем сигнал гетеродина 6
Г
mГ
Г
U(t)=Usin[Ф(t)],
Г
Г
Г
Г
Г
где Ф=ωt+ψ, ω и ψ - частота и начальная фаза гетеродина соответственно.
В качестве преобразователей частоты рассмотрим безынерционные перемножители сигналов. Тогда на первый преобразователь частоты поступают сигналы со второго антенного входа 2 и гетеродина 6:
3
Фильтр разностной частоты 10 выделяет из U(t) нижнюю составляющую по частоте, т.е.
3
Фильтр суммарной частоты 11 выделяет верхнюю составляющую результирующего сигнала U(t) по частоте, т.е.
Сигнал на выходе второго преобразователя частоты 8 запишем в форме:
Первое слагаемое в выражении (2) имеет частоту ВЧ-заполнения, равную частоте гетеродина, а именно
при этом сумма
т.е. описывает прямоугольный радиоимпульс длительностью Nτ.
Тогда учитывая, что первый узкополосный фильтр 12 выделяет сигнал на частоте гетеродина, имеем
Увеличение длительности последовательности относительно длительности каждого элемента последовательности в N раз позволяет уменьшить во столько же раз полосу пропускания выходных фильтров и тем самым во столько же раз улучшить отношение сигнал/шум. Имеем эффект, подобный по улучшению отношения сигнал/шум как и при работе коррелятора, но в отличие от последнего не требующий априорной информации о коде последовательности.
Запишем сигнал на выходе третьего преобразователя частоты 9 в форме:
Здесь второе слагаемое имеет частоту ВЧ-заполнения, равную частоте гетеродина, тогда второй узкополосный фильтр 13 также из (4) выделяет сигнал на частоте гетеродина:
Далее сигналы (3) и (5) поступают на входы фазометра 5. На выходе его будем иметь сигнал, пропорциональный удвоенной разности фаз, т.е. 2Δφ.
Таким образом, предлагаемый фазовый пеленгатор по сравнению с прототипом и другими устройствами аналогичного назначения обеспечивает уменьшение склонности к самовозбуждению схемы пеленгатора. Это достигается тем, что основное усиление принятого сигнала в разных фазовых каналах осуществляется на разнесенных (суммарной и разностной) частотах. При этом за счет деманипуляции ФМн сигнала происходит увеличение длительности последовательности относительно длительности каждого элемента последовательности, что позволяет использовать узкополосные фильтры на выходе фазовых каналов [3]. При этом повышается чувствительность, помехозащищенность и точность измерения разности фаз. Кроме этого схема позволяет свести сигнал, принимаемый в широком диапазоне частот, к одной частоте гетеродина. Если к тому же в гетеродине используется кварцевая стабилизация, то оказывается возможным существенно обузить полосу пропускания фильтров промежуточной частоты после подстановки ее и тем самым улучшить параметры пеленгатора в отношении его помехоустойчивости и минимизации ошибки измерения разности фаз.
Источники информации
1. Патент РФ 2165628, G01S 3/00, G01S 3/46, опубл. 20.04.2001.
2. Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые пеленгаторы. Томск, 2002, с.8.
3. Золотарев И.Д., Березовский В.А., Фазовый пеленгатор со схемой подстановки частоты гетеродина при работе по множественной цели. Омск: ОмГТУ, Омский научный вестник, 2009 г, №3 (83) - С.260-264.