Амплитудный пеленгатор с последовательной обработкой сигналов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Морозов Владимир Михайлович Лапука Олег Георгиевич Калитин Сергей Борисович(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Амплитудный пеленгатор с последовательной обработкой сигналов содержит последовательно соединенные приемную часть из антенн с разнесенными в двух взаимноперпендикулярных плоскостях диаграммами направленности и устройство обработки, отличающийся тем, что выходы антенн подсоединены к коммутатору, соединенному с входом амплитудного детектора дополнительно введено устройство цифровой обработки,вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, причем устройство цифровой обработки представляет собой последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и вычислительное устройство, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом амплитудного детектора, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом вычислительного устройства, выход которого является выходом устройства. 38432007.08.30 3. Патент 2108595, МПК 01 13/44, 1998. 4. Патент 2262120, МПК 01 3/16, 2005. 5. Патент 2134430, МПК 01 3/16, 1999. 6. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М. Радио и связь,1984. - С. 196. Полезная модель относится к области радиолокации и радионавигации ( 01 ) и может быть использована для определения направления на источник радиоизлучения с неизвестными характеристиками и параметрами сигнала. Известны амплитудные пеленгаторы, в которых определение направления на источник излучения основано на совмещении максимума диаграммы направленности антенны пеленгатора с направлением на пеленгуемый источник 1. Недостатком таких устройств является низкая точность измерения угла пеленга вследствие малой крутизны пеленгационной характеристики в окрестностях нуля. Известны амплитудные пеленгаторы, в которых для определения направления на источник излучения используется коническое сканирование смещенной диаграммы направленности вокруг оси антенной системы 2. Недостатками таких пеленгаторов являются влияние амплитудных флюктуаций на точность измерений и достаточно большое время,необходимое для определения направления на источник (не менее периода вращения луча диаграммы направленности). Известны устройства, свободные от вышеназванных недостатков - моноимпульсные амплитудные пеленгаторы 2, однако недостатком таких устройств является влияние амплитудной и фазовой неидентичности приемных каналов на точность пеленгования. Такие устройства являются узкополосными и требуют фазировки и амплитудной калибровки приемных каналов при изменении частоты принимаемого сигнала. Известны моноимпульсные пеленгаторы, в которых для устранения неидентичности амплитудно-фазовых характеристик приемных каналов применяется уплотнение каналов. Для этих целей в известных пеленгаторах используются частотное уплотнение каналов - сигналы суммарного и разностного каналов с помощью гетеродинов переводятся на различные промежуточные частоты, объединяются в одном приемном канале и далее для обработки в угловом дискриминаторе разделяются по частоте с использованием тех же гетеродинов фазовое уплотнение каналов 3 - сигналы суммарного и разностного каналов кодируются по фазе, далее объединяются в одном приемном тракте и с помощью демодуляторов разделяются для дальнейшей суммарно-разностной обработки схемы коррекции амплитудно-фазовых характеристик одного канала относительно другого 4, 5. Общим недостатком известных решений является снижение точности пеленгования при неизвестных параметрах сигнала, а также при углах пеленга, превышающих линейный участок пеленгационной характеристики углового дискриминатора. Прототипом заявляемого устройства является моноимпульсный пеленгатор с последовательной коммутацией диаграмм направленности антенн 6. Устройство содержит четыре антенны, выходы которых соединены с входами соответствующих фазовращателей,вторые входы которых соединены с выходами устройства управления сумматор, входами которого являются выходы фазовращателей смеситель, первым входом которого является выход сумматора, а на второй поступает сигнал гетеродина, выходом смесителя является вход усилителя промежуточной частоты переключатель, первым входом которого является выход усилителя промежуточной частоты, а вторым входом является выход устройства управления два выхода переключателя (сигналы левой и правой диаграммы направленности) соединены со сравнивающим устройством, осуществляющим оценку угла азимута,2 38432007.08.30 два выхода переключателя (сигналы верхней и нижней диаграммы направленности) соединены со сравнивающим устройством, осуществляющим оценку угла места. Недостатком известного устройства является то, что на точность пеленгования могут оказывать влияние неидентичности каналов после переключателя в сравнивающем устройстве, где для выделения сигнала рассогласования необходимо применять аналоговую линию задержки для объединения сигналов диаграмм направленности, лежащих в одной плоскости. Кроме этого, известное устройство, как и перечисленные аналоги, не позволяет измерять угловые координаты источников радиоизлучений с неизвестными параметрами сигнала. Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность пеленгования с высокой точностью источников радиоизлучений с неизвестными характеристиками и параметрами сигнала. Технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве, содержащем последовательно соединенные приемную часть и устройство цифровой обработки, в приемной части с помощью коммутатора осуществляется коммутация четырех антенн, причем диаграммы направленности двух из них развернуты на некоторый угол в вертикальной плоскости, а диаграммы направленности оставшихся двух развернуты на такой же угол в горизонтальной плоскости. Выход соединен с входом амплитудного детектора, который выделяет амплитуду сигнала, далее поступающего на вход устройства цифровой обработки. Таким образом, осуществляется временное уплотнение приемных каналов и устранение неидентичности их амплитудно-фазовых характеристик. Частота коммутации обеспечивает переключение антенн не менее четырех раз в пределах длительности одного импульса электромагнитного излучения. Выход амплитудного детектора соединен с входом устройства цифровой обработки, причем устройство цифровой обработки представляет собой последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и вычислительное устройство, в котором осуществляется цифровая суммарно-разностная обработка и оценка угла пеленга, а также вычисление коррекционной поправки, линеаризующей пеленгационную характеристику. Вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом амплитудного детектора, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом вычислительного устройства. Выход устройства цифровой обработки является выходом устройства. В заявляемом устройстве высокая точность измерений в широком частотном диапазоне достигается использованием широкополосных антенных конструкций, цифровой коррекцией нелинейности пеленгационной характеристики, а также использованием единого тракта обработки сигналов антенн с разнесенными диаграммами направленности, чем исключается проблема амплитудной неидентичности каналов. На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемой полезной модели. На фиг. 2 представлены эпюры, поясняющие принцип временного уплотнения каналов в заявляемой полезной модели. На фиг. 3 представлена пеленгационная характеристика полезной модели. Предлагаемое устройство пеленгации содержит приемную часть 1, причем приемная часть включает антенную систему 2, состоящую из четырех антенн 3, 4, 5 и 6 с разнесенными в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях диаграммами направленности, выходы которых подсоединены к коммутатору 7, выход которого соединен с входом амплитудного детектора 8 устройство цифровой обработки 9, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, причем устройство цифровой обработки представляет собой последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 10 и вычислительное устройство 11, вход аналого-цифрового преобразователя 10 соединен с выходом амплитудного детектора 8, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом вычислительного устройства 9, выход которого является выходом устройства. 3 38432007.08.30 Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигнал пеленгуемого радиоисточника поступает на четыре антенны 3, 4, 5, 6, причем антенны 3 и 4 используются для пеленгации в вертикальной плоскости, а 5 и 6 - в горизонтальной, для чего диаграммы направленности антенн 3 и 4 развернуты на некоторый угол в вертикальной плоскости, а антенн 5 и 6 - в горизонтальной. Коммутатор 7 в пределах длительности импульса сигнала осуществляет поочередное с одинаковой частотой подключение выходов антенн 3, 4, 5, 6 к входу амплитудного детектора 8, сигнал на выходе которого пропорционален амплитуде сигнала с выходов антенн. В случае, когда направление на источник излучения совпадает с осью антенной системы, амплитуда сигнала на выходе амплитудного детектора постоянна в течение всего периода коммутации. Изменение положения оси антенной системы относительно направления на источник излучения в какой-либо плоскости ведет к изменению амплитуд сигналов с выходов соответствующих антенн. На фиг. 2 показаны принцип ориентации диаграмм направленности и эпюры, поясняющие принцип временного уплотнения каналов в заявляемом устройстве. Продетектированный сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 10. Аналого-цифровой преобразователь 10 преобразует сигнал, поступающий с выхода амплитудного детектора 8, в цифровой код для дальнейшей суммарно-разностной обработки в вычислительном устройстве 11. Сигнал на выходе вычислительного устройства, являющегося выходом заявляемого устройства, является оценкой углов пеленга источника радиоизлучений в цифровом виде в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В качестве вычислительного устройства 11 может быть использован микроконтроллер. В этом случае процессор микроконтроллера выполняет подпрограмму вычисления сигнала оценки угла пеленга и подпрограмму вычисления коррекционной поправки один раз по истечении периода коммутации Тком антенн 3, 4, 5, 6. При этом оцифрованные амплитуды сигналов 1, 2, 3, 4 с выходов антенн поочередно записываются в четыре регистра оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) микроконтроллера. По истечении периода коммутации в процессоре микроконтроллера выполняется расчет оценки угла пеленга в соответствии с выражениями где рв и св - разностный и суммарный сигнал двух антенн, осуществляющих пеленг в вертикальной плоскости,г и г - разностный и суммарный сигнал двух антенн, осуществляющих пеленг в горизонтальной плоскости,оцв и оцг - оценка угла пеленга в вертикальной и горизонтальной плоскостях,Кп - коэффициент нормировки пеленгационной характеристики, - истинное значение угла пеленга в вертикальной плоскости, - истинное значение угла пеленга в горизонтальной плоскости. Для повышения точности измерений в широких пределах изменения угла пеленга производится коррекция нелинейности пеленгационной характеристики при помощи поправки ,4 Значения поправок ,либо изначально рассчитываются и заносятся в постоянное запоминающее устройство микроконтроллера для каждого значения оценки углов пеленга оцг, оцв в ходе проведения контрольных измерений, либо рассчитываются процессором микроконтроллера в процессе выполнения измерений при помощи выражения где-1(оцг),-1 (оцв) - функции, обратные выражениям для пеленгационных характеристик в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно. На фиг. 3 представлена пеленгационная характеристика заявляемой полезной модели в вертикальной плоскости, в случае аппроксимации парциальных диаграмм направленности функцией /. Также на фиг. 3 показан график функции, обратной пеленгационной характеристике. Выходные значения углов пеленга источника радиоизлучения выхв и выхг записываются в выходные регистры ОЗУ микроконтроллера и обновляются один раз в течение периода коммутации. Предлагаемая полезная модель может быть выполнена с использованием элементов и конструкций серийного изготовления и может найти применение в радиотехнических системах точного определения направления на излучающий в радиодиапазоне источник с любыми параметрами и характеристиками сигнала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5