СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ПРИЕМНЫХ РАДИОКАНАЛОВ РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF CALIBRATING RECEIVING RADIO LINKS OF RADIO INTERFEROMETER AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоинтерферометрах и радиопеленгаторах-дальномерах диапазона СВЧ. Изобретение применимо в стационарных и мобильных системах определения местоположения объектов по радиоизлучению бортовых передатчиков СВЧ диапазона. Изобретение предназначено для контроля и корректировки амплитудной и фазовой неидентичности приемных радиоканалов радиоинтерферометра в широкой полосе частот и при различных расстояниях между приемными антеннами.
Погрешности пеленгования в радиоинтерферометре в значительной мере определяются неидеальностью приемных радиоканалов [1]. При этом характеристики приемных радиоканалов подвержены влиянию погодных условий, старению элементов и т.д. Для компенсации систематических ошибок в радиоинтерферометре необходим режим калибровки приемных радиоканалов с использованием средств встроенного контроля. Процедура калибровки должна проводиться периодически.
Известен способ калибровки приемных трактов радиоинтерферометра [1], включающий:
формирование широкополосного импульсного контрольного сигнала (КС), уровень которого ниже уровня собственных шумов приемника;
излучение КС отдельной калибровочной антенной на каждую приемную антенну радиоинтерферометра;
прием КС каждым каналом;
преобразование КС в цифровую форму;
корреляционное накопление и обработка КС;
построение амплитудной и фазовой характеристик.
Данный способ калибровки позволяет совместить калибровку и работу, но имеет следующие недостатки:
отсутствует механизм учета амплитудных и фазовых неидентичностей каналов передачи КС к приемным трактам, что приобретает особую значимость при увеличении расстояний между приемными антеннами радиоинтерферометра;
не учитывается взаимное расположение приемной и калибровочной антенн, их индивидуальные особенности и влияние переотражений;
различие структуры калибровочного сигнала и рабочих сигналов снижает эффективность калибровки;
в результате совмещения режимов работы и калибровки снижается отношение сигнал-шум.
Также известен способ калибровки приемных трактов [2], включающий:
формирование широкополосного импульсного КС;
излучение КС одной антенной со множества азимутальных направлений на все приемные антенны;
прием сигналов каждым каналом;
преобразование сигнала в цифровую форму;
корреляционное выделение сигналов различных лучей и поляризаций;
создание калибровочной базы данных.
Данный способ калибровки охватывает наряду с приемными трактами приемные антенны и также может быть использован для калибровки, но у данного способа также есть недостатки, к которым относятся:
необходимость использования вынесенного передатчика КС на определенном удалении и обеспечения передачи с различных направлений представляется затруднительным, особенно для стационарных систем;
отсутствует механизм учета амплитудных и фазовых неидентичностей каналов передачи КС к приемным трактам, что приобретает особую значимость при увеличении расстояний между приемными антеннами радиоинтерферометра.
Приведенные выше способы калибровки не обеспечивают необходимую точность и не являются простыми в реализации, но существуют и другие методы, одним из которых является внутренняя калибровка радиоканалов при отключенных приемных антеннах. Калибровка приемных антенн проводится отдельно.
Наиболее близким к предлагаемому способу калибровки приемных радиоканалов интерферометра по совокупности действий над сигналом является принятый за прототип способ [3], основанный на передаче КС на входы приемных радиоканалов с помощью отдельной кабельной линии связи (КЛС).
Согласно этому способу:
1. Формируют импульсный КС на различных частотах.
2. Коммутируют линию раздачи КС на передачу в прямом направлении.
3. Принимают сигнал каждым каналом.
4. Синхронно преобразуют сигнал в каждом канале в цифровой поток.
5. Вычисляют и запоминают относительные амплитудные и фазовые характеристики между каналами.
6. Коммутируют линию раздачи калибровочного сигнала на передачу в обратном направлении.
7. Повторяют пункты 3, 4, 5.
8. На основе данных двух этапов создают калибровочную базу данных.
Данный способ обеспечивает возможность учета амплитудных и фазовых неидентичностей каналов передачи КС, однако требует применения отдельной КЛС для их передачи, что при больших расстояниях между приемными антеннами является существенным недостатком. Кроме того, способ не обеспечивает предельно достижимые точности калибровки, т.к. при увеличении расстояния между приемными антеннами возрастает разница в уровне сигналов между каналами, а при использовании двунаправленных усилителей снижается точность калибровки.
Наиболее близким к предлагаемому устройству калибровки по совокупности признаков является принятое за прототип устройство [4], содержащее N приемных радиоканалов, состоящих соответственно из последовательно соединенных приемных антенн, ненаправленных элементов связи, смесителей и усилителей промежуточной частоты (УПЧ), гетеродина и контрольного генератора.
Недостатками устройства калибровки приемных трактов радиоинтерферометра являются:
невозможность исключить влияние присутствующих в эфире сигналов на результат калибровки;
невозможность сохранения приемлемого уровня КС на всех входах приемных трактов при возрастании длины КЛС.
необходимость дополнительной отдельной линии передачи КС на каждый канал, что приводит к существенному возрастанию затрат на создание радиоинтерферометра при увеличении расстояний между приемными антеннами.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения амплитудной и фазовой идентичности приемных радиоканалов радиоинтерферометра при значительных расстояниях между приемными антеннами в широкой полосе частот, а также повышение точности формирования базы калибровочных данных и совмещение функций КЛС для передачи принимаемых и калибровочных сигналов.
Технический результат достигается тем, что в способе калибровки приемных радиоканалов радиоинтерферометра диапазона СВЧ, включающем формирование радиоимпульсного контрольного сигнала (КС), перестраеваемого на множестве калибровочных частот, передачу его на входы приемных трактов, синхронное преобразование прошедших приемные каналы КС в цифровую форму и определение разности электрических длин приемных каналов для каждой n-ой частоты калибровки в результате измерений задержек КС на двух этапах его прямой и обратной передачи, согласно изобретению на первом этапе калибровки отключают выходы антенн и передают КС на входы приемных трактов по кабельным линиям связи (КЛС), которые переключают через время τ на обратную передачу через приемные тракты, а на втором этапе калибровки замыкают КЛС на входах приемных трактов и принимают отраженный КС, причем формируют импульсный КС, длительность импульса которого меньше времени распространения сигнала во входных цепях приемных трактов.
Способ реализуется устройством для калибровки радиоканалов. Другим техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства за счет совмещения функций КЛС для передачи принимаемых и калибровочных сигналов, а также исключение ошибок калибровки из-за влияния внешних сигналов.
Технический результат достигается тем, что в устройство для реализации способа калибровки радиоканалов радиоинтерферометра, состоящее из N приемных радиоканалов, включающих приемные антенны, генератор калибровочных сигналов, блок управления и обработки, согласно изобретению введены первые, вторые и третьи коммутаторы, усилители, первые и вторые линии задержки, первые и вторые направленные ответвители, формирователи стробов и сумматоры, причем выходы первых коммутаторов через усилители соединены с входами первых линий задержки, выходы которых подключены к третьим входам вторых коммутаторов, вторые выходы вторых коммутаторов соединены с первыми входами первых коммутаторов, а входы-выходы вторых коммутаторов через вторые линии задержки подключены к входам-выходам первых направленных ответвителей, выходы которых через формирователи стробов подключены к управляющим входам вторых коммутаторов, другие входы-выходы первых ответвителей соединены с входами-выходами третьих коммутаторов, выходы которых через сумматоры подключены к блоку управления и обработки, а входы третьих коммутаторов через вторые направленные ответвители подключены к выходам генератора калибровочных сигналов, который также подключен к управляющему входу третьего коммутатора, другие выходы вторых направленных ответвителей через сумматоры подключены к блоку управления и обработки.
На чертеже приведена структурная схема устройства для калибровки радиоканалов радиоинтерферометра.
Для наглядности структурная схема показана для двух каналов и может быть расширена на произвольное число каналов.
Устройство состоит из последовательно соединенных приемных антенн, первых коммутаторов 1-1, 1-2, усилителей 2-1, 2-2, первых линий задержки 3-1, 3-2, вторых коммутаторов 4-1, 4-2, линий задержки 5-1, 5-2, первых направленных ответвителей 6-1, 6-2, формирователей стробов 7-1, 7-2, третьих коммутаторов 8-1, 8-2, сумматоров 9-1, 9-2, блока управления и обработки 10, вторых направленных ответвителей 11-1, 11-2, генератора калибровочных сигналов 12. Сигнал с антенн подается на вторые входы первых коммутаторов 1-1, 1-2, выходы которых через усилители 2-1, 2-2 соединены с входами первых линий задержки 3-1, 3-2, выходы которых подключены к третьим входам вторых коммутаторов 4-1, 4-2, вторые выходы которых соединены с первыми входами первых коммутаторов 1-1, 1-2, а входы-выходы вторых коммутаторов 4-1, 4-2 через вторые линии задержки 5-1, 5-2 подключены к входам-выходам первых направленных ответвителей 6-1, 6-2, выходы которых через формирователи стробов 7-1, 7-2 подключены к управляющим входам вторых коммутаторов 4-1, 4-2, другие входы-выходы первых ответвителей 6-1, 6-2 соединены с входами-выходами третьих коммутаторов 8-1, 8-2, выходы которых через сумматоры 9-1, 9-2 подключены к блоку управления и обработки 10, а входы третьих коммутаторов 8-1, 8-2 через вторые направленные ответвители 11-1, 11-2 подключены к выходам генератора калибровочных сигналов 12, который также подключен к управляющему входу третьих коммутаторов 8-1, 8-2, другой выход вторых направленных ответвителей 11-1, 11-2 через сумматоры 9-1, 9-2 подключен к блоку управления и обработки 10.
Устройство работает следующим образом.
Измерение амплитудной и фазовой идентичности приемных радиоканалов проводится в два этапа, различающихся порядком работы коммутаторов.
На первом этапе производят измерение амплитудной и фазовой идентичности приемных радиоканалов совместно с цепями передачи КС. Для этого первые коммутаторы 1-1 и 1-2 переводят в режим калибровки, посредством отключения антенн и подключения их ко вторым коммутаторам 4-1, 4-2. Запускают генератор калибровочных сигналов 12 в режиме генерации импульсов. Период и длительность импульсов выбирают исходя из длины КЛС для исключения наложения импульсов, частоту перестраивают в пределах диапазона, но в пределах импульса частота остается постоянной. КС с генератора калибровочных сигналов 12 через вторые направленные ответвители 11-1 и 11-2 и третьи коммутаторы 8-1 и 8-2, управляемые генератором 12, передают в КЛС, а затем в первые направленные ответвители 6-1, 6-2, откуда КС передается на формирователи стробов 7-1, 7-2, управляющие трехпозиционными коммутаторами 4-1, 4-2. На первом этапе, при прохождении КС от КЛС в направленные ответвители 6-1, 6-2, вторые коммутаторы 4-1 и 4-2 переводят в среднее положение, обеспечивающее передачу КС через первые коммутаторы 1-1, 1-2, усилители 2-1, 2-2 и линии задержки 3-1 и 3-2. Затем формирователи стробов 7-1 и 7-2 переводят трехпозиционные коммутаторы 4-1, 4-2 в положение, обеспечивающее передачу КС через КЛС на третьи коммутаторы 8-1, 8-2, сумматоры 9-1, 9-2 и блок управления и обработки 10, где производится измерение разности электрических длин линий связи.
На втором этапе производят измерение амплитудной и фазовой характеристик КЛС, для этого трехпозиционные коммутаторы 4-1 и 4-2 переводят в положение, обеспечивающее режим короткого замыкания, и запускают генератор калибровочных сигналов 12 в режиме генерации импульсов. Период и длительность импульсов выбирают исходя из задержки распространения КС в КЛС для исключения наложения импульсов, частоту перестраивают в пределах диапазона, но в пределах импульса частота остается постоянной. Третьи коммутаторы 8-1 и 8-2, управляемые генератором калибровочных сигналов 12, при прохождении КС передают импульсы через направленные ответвители 11-1 и 11-2 к направленным ответвителям 6-1 и 6-2, пропуская КС через КЛС приемного тракта в прямом и после отражения от вторых коммутаторов 4-1 и 4-2 в обратном направлениях. При возвращении КС третьи коммутаторы 8-1 и 8-2 переводят в положение, обеспечивающее передачу КС через сумматоры 9-1 и 9-2 в блок управления и обработки 10, где производится комплексная кросскорреляционная обработка импульсов, прошедших как через КЛС в прямом и обратном направлениях, так и импульсов, которые через направленные ответвители 11-1, 11-2 и сумматоры 9-1 и 9-2 непосредственно передаются на блок управления и обработки 10.
Предлагаемый способ позволяет обеспечить высокую точность измерения разности электрических длин приемных трактов в широкой полосе частот и при произвольных расстояниях между антеннами, а устройство для его реализации обеспечивает практически полную компенсацию систематической погрешности, обусловленной неидентичностью приемных радиоканалов радиоинтерферометра. Ошибка измерения разности электрических длин приемных радиоканалов не превысила точность измерительных приборов.
Способ и устройство позволяют сократить общую длину КЛС в два раза и выровнять уровни КС во всех приемных радиоканалах, что особенно важно при создании радиоинтерферометров с большой базой.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Радиоинтерферометр с калибровкой приемных трактов. Специальная техника, 2010 г., №4, с. 26-32.
2. RU, патент, 2476986, МПК 7: G01S 11/00, G01S 11/02, G01S 11/10, 2013 г.
3. US, патент, 4494118, МПК 7: G01S 5/02, 1985 г.
4. RU, патент, 2269791, МПК 7: G01S 3/10, G01S 7/40, 2004 г.