Патент на изобретение №2316017

(54) УСТРОЙСТВО РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОСИГНАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигнала в системах радиотехнического контроля. Достигаемым техническим результатом является упрощение устройства и повышение точности пеленгования. Указанный результат достигается за счет того, что устройство радиотехнического контроля источников радиосигналов дополнительно содержит два преобразователя частоты, управляемый гетеродин и два измерителя разности фаз, определенным образом соединенные между собой и остальными элементами устройства, при этом фокальные оси используемых в заявленном устройстве приемных антенн параллельны, центры раскрыва разнесены на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемого радиосигнала, а ширина диаграммы направленности каждой из антенн составляет 180°. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты радиосигнала в системах радиотехнического контроля.

Известно устройство радиотехнического контроля источников радиоизлучений, описанное в статье Э.В.Чекрыгина и др. «Информационно-измерительная система источников радиоизлучений. Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, Москва-Таганрог, вып.1, 2003, с.7…14». Оно содержит тракт измерения частоты и тракт измерения направления на источник излучения. Тракт измерения частоты содержит измеритель частоты, последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты (УВЧ) и частотно-измерительный блок, а также ряд частотных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные детектор, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь, входы частотных каналов соединены с выходами частотно-измерительного блока, а выходы – со входами измерителя частоты. Тракт измерения направления на источник излучения содержит вычислитель и ряд приемных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно включенные приемную антенну, УВЧ, детектор, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь, фокальные оси антенн сдвинуты одна относительно другой таким образом, что диаграммы направленности антенн в сумме перекрывают сектор 180°.

Недостатком этого устройства является низкая точность пеленгования, обусловленная неидентичностью приемных каналов тракта определения направления, и сложность, обусловленная наличием отдельной приемной антенны и УВЧ для тракта определения частоты и большим количеством приемных каналов в тракте определения направления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство радиотехнического контроля источников излучений, входящие в состав корабельной станции радиотехнической разведки, защищенной свидетельством на полезную модель №29783, кл. G01S 3/28, Н04K 3/00, опубл. 2003 г. Оно содержит М4 приемных антенн, М УВЧ, входы которых соединены с выходами антенн, М делителей мощности, входы которых соединены с выходами УВЧ, М приемников, входы которых соединены с первыми выходами делителей мощности, измеритель частоты, М входов которого соединены со вторыми выходами делителей мощности, уточнитель пеленга и блок обработки результатов измерения и управления, первые М входов которого соединены с выходами приемников, (М+1)-й и (М+2)-ой входы – с первым и вторым выходами измерителя частоты, (М+3)-й вход – с выходом уточнителя пеленга, а выход – с управляющим входом уточнителя пеленга. При этом уточнитель пеленга содержит М пар дополнительных приемных антенн, два коммутатора, управляющие входы которых объединены и являются управляющим входом уточнителя, и интерферометр, выход которого является выходом уточнителя. Фокальные оси приемных антенн сдвинуты одна относительно другой таким образом, что их диаграммы направленности в сумме перекрывают сектор 180° левого (или правого) борта корабля.

В этом устройстве осуществляется уточнение результатов измерения направления на источник излучения, поэтому точность пеленгования здесь несколько выше, чем в указанной выше информационно-измерительной системе. Однако это уточнение пеленга осуществляется за счет введения 2М дополнительных антенн, что делает устройство достаточно сложным и трудно реализуемым. Кроме того, точность пеленгования в ней остается недостаточно высокой, что обусловлено неидентичностью дополнительных антенн и отсутствием уточнения пеленга в направлениях «корма-нос корабля» и противоположном ему.

Целью изобретения является упрощение устройства радиотехнического контроля и повышение точности пеленгования.

Поставленная цель достигается тем, что в известное из описания полезной модели №29783 кл. G01S 3/28, Н04K 3/00 устройство радиотехнического контроля источников радиосигналов, содержащее последовательно включенные первую приемную антенну, первый УВЧ, первый делитель мощности, приемник и блок обработки результатов измерений и управления, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй УВЧ, второй делитель мощности и измеритель частоты, выход которого подключен ко второму входу блока обработки результатов измерений и управления, и третий делитель мощности, введены два преобразователя частоты, управляемый гетеродин и два измерителя разности фаз, первый и второй входы первого измерителя разности фаз подключены ко вторым выходам соответственно первого и второго делителей мощности, а выход – к третьему входу блока обработки результатов измерений и управления, вход управляемого гетеродина подключен к выходу блока обработки результатов измерений и управления, а выход – ко входу третьего делителя мощности, первый и второй выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго преобразователей частоты, вторые входы первого и второго преобразователей частоты подключены к третьим выходам соответственно первого и второго делителей мощности, а выходы – соответственно к первому и второму входам второго измерителя разности фаз, выход которого подключен к четвертому входу блока обработки результатов измерений и управления, при этом фокальные оси приемных антенн параллельны, центры раскрыва разнесены на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемого радиосигнала, а ширина диаграммы направленности каждой из антенн составляет 180°.

Совокупность вновь введенных преобразователей частоты, управляемого гетеродина и измерителей разности фаз и их связей, а также конструктивных особенностей антенн и делителей мощности не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники, поэтому заявляемое устройство радиотехнического контроля следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 – структурная схема заявляемого устройства;

на фиг.2 – взаимное расположение источника контролируемого радиосигнала и центров раскрыва антенн.

Устройство содержит на фиг.1: идентичные приемные антенны 1 и 11, идентичные УВЧ 2 и 12, делители 3, 9 и 13 мощности, идентичные преобразователи 4 и 14 частоты, приемник 5 с широким динамическим диапазоном, блок 6 обработки результатов измерений и управления, измерители 7 и 10 разности фаз, управляемый гетеродин 8 и измеритель 15 частоты.

Приемная антенна 1, УВЧ 2, делитель мощности 3, приемник 5 и блок обработки результатов измерений и управления 6 включены последовательно. Также последовательно включены приемная антенна 11, УВЧ 12, делитель мощности 13 и измеритель частоты 15, выход которого подключен ко второму входу блока обработки результатов измерений и управления 6. Первый и второй входы измерителя разности фаз 7 подключены ко вторым выходам делителей мощности 3 и 13 соответственно, а выход – к третьему входу блока обработки результатов измерений и управления 6. Вход управляемого гетеродина 8 подключен к выходу УВЧ 2, а выход – ко входу делителя мощности 9, первый и второй выходы которого подключены к первым входам преобразователей частоты 4 и 14 соответственно. Вторые входы преобразователей частоты 4 и 14 подключены к третьим выходам делителей мощности 3 и 9 соответственно, а выходы – соответственно к первому и второму входам измерителя разности фаз 10, выход которого подключен к четвертому входу блока обработки результатов измерений и управления 6.

Ширина диаграммы направленности на фиг.2 каждой из приемных антенн 1 и 11 составляет 180°. Линейная база d между центрами раскрыва приемных антенн 1 и 11 составляет величину порядка 10, где – длина волны контролируемого радиосигнала. Фокальные оси приемных антенн 1 и 11 параллельны между собой и перпендикулярны прямой «1 – 11», соединяющей центры раскрыва антенн. Их направление совпадает с осью симметрии сектора пеленгования. Пеленг (направление на источник радиосигнала) отсчитывается от этого направления по часовой стрелке.

В устройстве используется фазовый метод пеленгования, основанный на приеме пеленгуемого сигнала двумя антеннами с параллельными фокальными осями и разнесенными центрами раскрыва и последующем измерении разности фаз принятых сигналов. Известно (см., например, Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. – М.: Сов. радио, 1984, с.6, 7), что в этом случае разность фаз принятых сигналов связана с пеленгом источника сигнала, его длиной волны и базой d между центрами раскрыва антенн соотношением

Устройство работает следующим образом.

Контролируемый радиосигнал принимается приемными антеннами 1 и 11, усиливается УВЧ 2 и 12 и поступает на входы делителей мощности 3 и 13. Делители мощности 3 и 13 делят поступившие на их входы сигналы на 3 части.

Сигнал с первого выхода делителя мощности 3 поступает на вход приемника 5, в котором собственно осуществляется обнаружение радиосигнала и измеряются его амплитуда и длительность. Результаты измерения с выхода приемника поступают на первый вход блока обработки результатов измерений и управления 6.

Сигнал с первого выхода делителя мощности 13 поступает на вход измерителя частоты 15, где измеряется частота f контролируемого радиосигнала. Результат измерения поступает на второй вход блока обработки результатов измерений и управления 6.

Сигналы со вторых входов делителей мощности 3 и 13 поступают соответственно на первый и второй входы измерителя разности фаз 7, в котором измеряется разность фаз этих сигналов, равная в силу идентичности каналов прохождения сигналов «приемная антенна 1 – УВЧ 2 – делитель мощности 3» и «приемная антенна 11 – УВЧ 12 – делитель мощности 13» разности фаз сигналов на выходах приемных антенн 1 и 11. Результат измерения указанной разности фаз поступает на третий вход блока обработки результатов измерений и управления 6.

Сигналы с третьих выходов делителей мощности 3 и 13 поступают на вторые входы преобразователей частоты 4 и 14 соответственно.

Блок обработки результатов измерений и управления 6 по результату измерения частоты f измерителем частоты 15 вырабатывает сигнал управления управляемым гетеродином 8, обеспечивающий поддержание частоты f_г последнего, равной , где с=3·10⁸ м/с – скорость света. Этот сигнал поступает с выхода блока обработки результатов измерений и управления 6 на управляющий вход управляемого гетеродина 8.

Управляемый гетеродин 8 формирует сигнал частотой f_г, который поступает на вход делителя мощности 9. Этот сигнал делителем мощности 9 делится на две равные части, которые поступают с его выходов на первые входы преобразователей частоты 4 и 14 соответственно.

Учитывая, что разность частот f_г и f на первом и втором входах каждого из преобразователей частоты 4 и 14 равна промежуточной частоте f_пр, равной , на выходах последних формируются сигналы промежуточной частоты f_пр, которые поступают на первый и второй входы измерителя разности фаз 10.

В измерителе разности фаз 10 осуществляется измерение разности фаз поступивших на его входы сигналов промежуточной частоты f_пр, и результат _пр измерения поступает на четвертый вход блока обработки результатов измерений и управления 6.

С учетом уравнения (1) разность _пр фаз связана с длиной _пр волны сигнала промежуточной частоты, базой d и пеленгом источника сигнала соотношением

.

Учитывая, что , можно записать

Полученное соотношение позволяет осуществить грубую оценку _г пеленга по формуле

Эта операция выполняется в блоке обработки результатов измерений и управления 6.

Расчет по формуле (2) дает грубое значение _г пеленга , так как точность оценки пеленга определяется крутизной пеленгационной характеристики – зависимости _пр(), а она в данном случае невелика и составляет . Для уточнения пеленга используется результат измерения разности фаз принятых приемными антеннами 1 и 11 сигналов и зависимость (1).

Фактическая разность ‘ фаз сигналов на выходах приемных антенн 1 и 11 может значительно (в разы) превышать 2. Реально измеритель разности фаз 7 не реагирует на целую часть отношения ‘/2, а измеряет только остаток от деления ‘ на 2.

Фактическая ‘ и измеренная разности фаз связаны соотношением ‘=+2n,

где n=0,±1,±2,…,±K, а K – целая часть отношения .

Поэтому уравнение (1) следует записать в виде

Учитывая, что =c/f, получим

Уравнение (3) содержит неопределенность – одному значению разности фаз соответствует 2K+1 значений пеленга .

Для разрешения этой неопределенности в блоке обработки результатов измерений и управления 6 все эти значения рассчитываются и сравниваются со значением _г, рассчитанным в соответствии с уравнением (2), и наиболее близкое из них принимается в качестве результата пеленгования.

Заявляемое устройство достаточно легко реализуемо.

В качестве приемных антенн 1 и 11 могут быть использованы щелевые антенны в экране ограниченных размеров (см., например, Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под ред. В.В.Дулина, М.С.Жука. М., «Энергия», 1977, с.528, 529).

В качестве УВЧ 2 и 12 могут быть использованы серийно выпускаемые модули типа М421135.

Делители мощности 3, 9 и 13 могут быть выполнены на полосковых элементах (см., например, Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. Под ред. М.К.Белкина. Киев, Выща школа, 1982, с.212).

Преобразователи частоты 4 и 14 могут быть реализованы на основе перемножения входных сигналов и последующей фильтрации сигнала промежуточной частоты (см., например, Радиоприемные устройства. Под ред. Л.Г.Барулина. – М.: Радио и связь, 1984, с.151-158).

В качестве приемника 5 может быть использован приемник с цифровой обработкой сигнала (см., например, Радиоприемные устройства. Под ред. Л.Г.Барулина. – М.: Радио и связь, 1984, с.16).

В качестве блока обработки результатов измерений и управления 6 может служить ПЭВМ типа «Pentium», дополненная элементами сопряжения с приемником 5, измерителями разности фаз 7, 10 и частоты 15 и управляемым гетеродином 8.

Измерители разности фаз 7 и 10 могут быть выполнены на базе цифровых фазометров (см., например, Соловьев В.Я. Фазовые измерения. М., 1973, с.27…45).

Управляемый гетеродин 8 может быть реализован на базе цифрового синтезатора частоты (см., например, Радиоприемные устройства. Под ред. Л.Г.Барулина. – М.: Радио и связь, 1984, с.68-72).

Измеритель частоты 15 может быть выполнен на однорезонаторных направленных фильтрах с функциональной обработкой откликов выходных сигналов на программируемых логических интегральных схемах (см., например, Э.В.Чекрыгин и др. «Информационно – измерительная система источников радиоизлучений». Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, Москва-Таганрог, вып.1, 2003, с.7-14).

Технический результат от использования заявляемого устройства радиотехнического контроля источников радиосигналов заключается в том, что оно значительно проще прототипа, так как содержит как минимум в шесть раз меньше антенн и УВЧ и гораздо меньше делителей мощности. Кроме того, оно имеет более высокую точность пеленгования, так как точное значение пеленга в нем определяется фазовым методом, что исключает погрешность из-за неидентичности приемных каналов.

Формула изобретения

Устройство радиотехнического контроля источников радиосигналов, содержащее последовательно включенные первую приемную антенну, первый усилитель высокой частоты, первый делитель мощности, приемник и блок управления частотой гетеродина и обработки результатов измерений для определения пеленга источников радиосигналов, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй усилитель высокой частоты, второй делитель мощности и измеритель частоты, выход которого подключен ко второму входу блока управления частотой гетеродина и обработки результатов измерений для определения пеленга источников радиосигналов, и третий делитель мощности, отличающееся тем, что в него введены два преобразователя частоты, управляемый гетеродин и два измерителя разности фаз, первый и второй входы первого измерителя разности фаз подключены ко вторым выходам соответственно первого и второго делителей мощности, а выход – к третьему входу блока управления частотой гетеродина и обработки результатов измерений для определения пеленга источников радиосигналов, вход управляемого гетеродина подключен к выходу блока управления частотой гетеродина и обработки результатов измерений для определения пеленга источников радиосигналов, а выход – ко входу третьего делителя мощности, первый и второй выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго преобразователей частоты, вторые входы первого и второго преобразователей частоты подключены к третьим выходам соответственно первого и второго делителей мощности, а выходы – соответственно к первому и второму входам второго измерителя разности фаз, выход которого подключен к четвертому входу блока управления частотой гетеродина и обработки результатов измерений для определения пеленга источников радиосигналов, при этом фокальные оси приемных антенн параллельны, центры раскрыва разнесены на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемого радиосигнала, а ширина диаграммы направленности каждой из антенн составляет 180°.

РИСУНКИ