ФАЗОВЫЙ РАДИОПЕЛЕНГАТОР
PHASE RADIO DIRECTION-FINDING APPARATUS

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено для определения азимута источника непрерывного гармонического радиосигнала.
Из уровня техники известны фазовые радиопеленгаторы, в которых используется антенна с широкой диаграммой направленности, перемещаемая в горизонтальной плоскости с угловой скоростью (частотой) Ω по кругу [1, 2, 3], причем в центре круга устанавливается неподвижная антенна (центральный вибратор). В качестве перемещаемой ненаправленной антенны может служить вертикально ориентированный штыревой вибратор [1, стр. 253]. Вместо механически перемещаемой антенны на практике используется антенная система, содержащая неподвижные антенны, расположенные по окружности того же радиуса и подключаемые по очереди ко входу блока обработки сигнала антенной системы по сигналам коммутации, поступающим от блока управления антенной системой [1, стр. 254]. При приеме непрерывного немодулированного колебания, излучаемого пеленгуемым объектом, на выходе такой антенной системы, благодаря эффекту Допплера, образуется сигнал с гармонической угловой модуляцией колебанием с частотой Ω. Начальная фаза этого модулирующего колебания совпадает с измеряемым азимутом. Выходной сигнал антенной системы и сигнал коммутации от блока управления антенной системой поступают на два соответствующих входа блока обработки сигнала антенной системы, в котором производится выделение модулирующего колебания из выходного сигнала антенной системы и измерение разности фаз между выделенным гармоническим колебанием и модулирующим колебанием, поступившим с соответствующего выхода блока управления антенной системой. Такой способ выделения информации об измеренном азимуте осуществлен в фазовых радиопеленгаторах АРП-75 и АРП-АС [2, 3].
Однако в указанных радиопеленгаторах не используется возможность автоматизации формирования азимутальной метки, формируемой для входящего в состав блока обработки сигнала антенной системы устройства отображения измеренного азимута.
Для автоматизации формирования азимутальной метки в радиопеленгаторах указанного выше типа в [4] предлагается в блоке управления антенной системой, кроме сигнала с частотой Ω, генерировать колебание с частотой, отличающейся от Ω на величину ΔΩ, а в состав пеленгатора ввести фазовый модулятор. В этом варианте исполнения пеленгатора на сигнальный вход фазового модулятора подается радиосигнал от центрального вибратора антенной системы, а на управляющий вход фазового модулятора от блока управления антенной системой поступает колебание с частотой, отличающейся от Ω на величину ΔΩ. Выход фазового модулятора соединен с соответствующим входом блока обработки сигналов антенной системы, и в этом блоке производится перемножение выходного колебания фазового модулятора и сигнала, поступающего на этот блок от перемещаемой по кругу антенны. Операция перемножения сигналов производится, например, с помощью фазового детектора, выполненного по схеме «перемножение-фильтрация». На выходе такого фазового детектора образуется напряжение, пропорциональное функции Бесселя первого рода нулевого порядка. Известно, что эта функция достигает наибольшего максимума при нулевом аргументе. Благодаря введенной расстройке ΔΩ, в моменты времени, когда набег фазы колебания частоты ΔΩ равен измеряемому азимуту, указанный аргумент обращается в ноль, и в устройстве формирования азимутальной метки, входящем в состав блока обработки сигналов антенной системы, автоматически будет сформирована азимутальная метка. Эта метка поступает на вход устройства отображения измеренного азимута, входящего в состав блока обработки сигналов антенной системы.
Описанный выше пеленгатор [4] является наиболее близким по технической сущности, поэтому выбран в качестве прототипа. Указанный пеленгатор содержит антенную систему, блок управления антенной системой, фазовый модулятор и блок обработки сигналов антенной системы, в состав этого блока обработки сигналов входят устройство формирования азимутальной метки и устройство отображения измеренного азимута. Антенная система представляет собой либо антенну, перемещаемую в горизонтальной плоскости по кругу с угловой частотой Ω, либо установленные по кругу и коммутируемые с этой частотой антенные элементы. Перемещение антенны или коммутация антенных элементов осуществляются по сигналам с выхода блока управления антенной системой, причем в центре круга установлена неподвижная антенна (вибратор). Кроме сигнала перемещения антенны с частотой Ω в блоке управления антенной системой вырабатывается колебание с частотой, отличающейся от Ω, на величину ΔΩ, и подаваемое на управляющий вход фазового модулятора, а на сигнальный вход фазового модулятора поступает колебание от центрального вибратора антенной системы. Выходное колебание фазового модулятора и сигнал с выхода коммутируемых вибраторов антенной системы поступают на соответствующие входы устройства формирования азимутальной метки блока обработки сигналов антенной системы. Выход устройства формирования азимутальной метки в блоке обработки сигналов антенной системы подсоединен к входу устройства отображения измеренного азимута. Выход устройства отображения измеренного азимута служит выходом блока обработки сигналов антенной системы и выходом пеленгатора.
Однако при таком способе автоматического формирования метки, наряду с главным лепестком, центр которого соответствует измеренному азимуту, в азимутальной метке наблюдаются боковые лепестки. Максимальное значение главного лепестка превосходит максимальное значение первого бокового чуть больше, чем в два раза. Это соотношение уровней лепестков метки в условиях практического использования пеленгатора необходимо увеличить.
Технический результат настоящего изобретения заключается в увеличении (более чем на порядок) отношения уровня основного лепестка формируемой азимутальной метки к уровню боковых лепестков метки.
Указанный технический результат достигается в фазовом радиопеленгаторе, содержащем антенную систему, блок управления антенной системой, фазовый модулятор и блок обработки сигналов антенной системы, в состав этого блока обработки сигналов входят устройство формирования азимутальной метки, первый вход которого служит входом блока обработки сигналов антенной системы, а второй вход соединен с выходом фазового модулятора и служит вторым входом блока обработки сигналов антенной системы, и устройство отображения измеренного азимута, выход которого является выходом блока обработки сигналов антенной системы и выходом пеленгатора, причем антенная системы представляет собой либо антенну, перемещаемую в горизонтальной плоскости по кругу с угловой частотой Ω, либо установленные по кругу и коммутируемые с этой частотой антенные элементы, а перемещение антенны или коммутация антенных элементов осуществляются по сигналам с выхода блока управления антенной системой, причем в центре круга установлена неподвижная антенна, при этом кроме сигнала перемещения антенны с частотой Ω в блоке управления антенной системой вырабатывается колебание с частотой, отличающейся от Ω на величину ΔΩ и подаваемое на управляющий вход фазового модулятора, а на сигнальный вход фазового модулятора поступает колебание от центрального вибратора антенной системы, выходное колебание фазового модулятора и сигнал с выхода коммутируемых элементов антенной системы поступают на соответствующие входы устройства формирования азимутальной метки блока обработки сигналов антенной системы, при этом в состав блока обработки сигналов антенной системы введено устройство преобразования сигнала азимутальной метки, вход этого устройства преобразования сигнала азимутальной метки соединен с выходом устройства формирования азимутальной метки блока обработки сигналов антенной системы, а выход устройства преобразования сигнала азимутальной метки подсоединен к входу устройства отображения измеренного азимута блока обработки сигналов антенной системы, при этом устройство преобразования сигнала азимутальной метки содержит последовательно соединенные между собой каскады преобразования сигнала метки, каждый из которых содержит два идентичных усилителя и перемножитель выходных сигналов усилителей, входы обоих усилителей объединены и служат входом каскада, а выходы усилителей соединены с соответствующими входами перемножителя, выход перемножителя служит выходом каскада преобразования, вход первого каскада служит входом устройства преобразования сигнала азимутальной метки, а выход последнего каскада является выходом устройства преобразования сигнала азимутальной метки.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена структурная схема фазового радиопеленгатора, а на фиг. 2 - структурная схема устройства преобразования азимутальной метки.
Фазовый радиопеленгатор содержит (см. фиг. 1): антенную систему - 1, в состав которой входят: расположенные по кругу (коммутируемые) вибраторы - 1.1; центральный неподвижный вибратор - 1.2; блок управления антенной системой - 2; модулятор фазы - 3; блок обработки сигналов антенной системы - 4, содержащий устройство формирования азимутальной метки - 4.1, устройство преобразования азимутальной метки - 4.2 и устройство отображения измеренного азимута - 4.3.
С первого выхода блока управления антенной 2 сигнал перемещения (коммутации) с частотой Ω поступает на коммутируемые элементы 1.1 антенной системы 1, а со второго выхода блока 2 на управляющий вход модулятора фазы 3 подается колебание с частотой, отличающейся от Ω на величину ΔΩ. Выходной сигнал центрального вибратора 1.2 антенной системы 1 поступает на сигнальный вход модулятора фазы 3. Выходное колебание модулятора фазы 3 и сигнал с выхода коммутируемых элементов 1.1 антенной системы 1 подаются на соответствующие входы устройства формирования азимутальной метки 4.1 блока обработки сигналов 4.
Кроме устройства формирования азимутальной метки 4.1 блок обработки сигналов 4 содержит устройство преобразования азимутальной метки 4.2 и устройство отображения измеренного азимута 4.3. Вход устройства преобразования метки 4.2 подключен к выходу устройства формирования метки 4.1, а выход устройства преобразования метки 4.2 подсоединен к входу устройства отображения измеренного азимута 4.3.
На фиг. 2 приведена структурная схема устройства преобразования азимутальной метки 4.2, введенного в состав блока 4. Устройство преобразования азимутальной метки состоит из n последовательно соединенных между собой каскадов преобразования сигнала метки. Каждый из n каскадов содержит два идентичных усилителя и перемножитель выходных сигналов этих усилителей. Входы усилителей соединены между собой и служат входом каскада, а выходом каскада является выход перемножителя сигналов. На фиг. 2 изображены структуры первого и n каскадов. Первый каскад содержит усилители 4.2.1.1, 4.2.1.2 и перемножитель сигналов 4.2.2.1, а n-й каскад составлен из усилителей 4.2.1.n-1 и 4.2.1.n и перемножителя 4.2.2.n. Выход последнего перемножителя является выходом устройства преобразования метки 4.2.
Радиопеленгатор работает следующим образом. При приеме непрерывного немодулированного колебания в антенной системе образуется непрерывное гармоническое колебание с синусоидальной угловой модуляцией. Это колебание возникает из-за эффекта Допплера в устройстве 1.1 (перемещаемый по кругу вибратор, либо установленные по кругу коммутируемые вибраторы) антенной системы 1. Индекс указанной угловой модуляции известен, так как зависит от известной несущей частоты сигнала, излучаемого пеленгуемым объектом, и от радиуса круга. Поэтому сигнал от центрального вибратора 1.2 антенной системы 1 можно, используя фазовый модулятор 3, промодулировать с таким же индексом. Частоты модулирующих синусоидальных колебаний отличаются на величину ΔΩ. Сигналы с выхода фазового модулятора 3 и с выхода устройства 1.1 антенной системы в устройстве формирования азимутальной метки 4.1 блока обработки сигнала 4 умножаются друг на друга, и после фильтрации гармоник частоты Ω на выходе устройства 4.1 образуется метка, описываемая функцией Бесселя первого рода нулевого порядка. Аргумент этой функции зависит от набега фазы колебания разностной частоты. Если набег фазы этого колебания становится равным измеряемому азимуту, то аргумент указанной функции обращается в ноль, а эта функция при таком значении аргумента имеет наибольший максимум, превосходящий по уровню все другие ее максимумы. Сформированная метка получается многолепестковой, а положение главного (самого большого) лепестка соответствует измеряемому азимуту.
Для увеличения отношения уровня главного лепестка метки к уровням боковых лепестков во включенном между устройством формирования метки 4.1 и устройством отображения измеренного азимута 4.3 в блок обработки сигналов 4 введено многокаскадное устройство преобразования азимутальной метки 4.2. В этом устройстве осуществляется возведение в квадрат сигнала, поступающего на вход каждого из каскадов.
В предложенном изобретении достигнут следующий технический результат: отношение максимального уровня главного лепестка азимутальной метки к максимальному уровню боковых лепестков метки увеличено не менее чем на порядок.
Источники информации
1. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. - М.: Радио и связь, 1985. - 344 с.
2. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. / А.С. Саидов, А.Р. Тагилаев, Н.М. Алиев, Г.К. Асланов. - М.: Радио и связь, 1997. - 160 с.
3. Автоматизированные системы управления воздушным движением: Справочник. / В.И. Савицкий В.И., В.А. Василенко, Ю.А. Владимиров, В.В. Точилов; Под ред. В.И. Савицкого. - М.: Транспорт, 1986. - 192 с.
4. Беспалов Е.С., Головненкова А.С., Полетков М.А. Способ формирования азимутальной метки фазового радиопеленгатора. // Измерительная техника, №9, 2012. - С. 64-65.