Патент на изобретение №2201599

(54) СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ И ПЕЛЕНГАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения. Способ включает прием радиосигналов N-элементной антенной решеткой, измерение комплексных амплитуд пар сигналов, характеризующих разности фаз между сигналами, принятыми всевозможными парами антенных элементов, путем последовательного во времени измерения амплитуд сигналов и комбинаций сигналов на выбранных парах антенных элементов. Формирование на основе измеренных комплексных амплитуд пар сигналов с учетом известного взаимного расположения антенных элементов, двумерных угловых спектров пеленгуемых радиосигналов, по которым судят об азимутах и углах места радиосигналов. Пеленгатор содержит антенную решетку, антенный коммутатор, блок формирования измерительных сигналов, приемник, блок определения амплитуды сигналов, запоминающее устройство амплитуд сигналов, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов, вычислитель пеленга и генератор синхроимпульсов. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение точности пеленгования и упрощение конструкции пеленгатора. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ).

Известен способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов пятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решеткой, выполненной из идентичных ненаправленных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, измерение разностей фаз между парами сигналов, одновременно и синхронно принимаемых последовательными парами антенных элементов, формирование пеленгационных характеристик радиосигналов по измеренным разностям фаз сигналов на различных парах элементов антенной решетки и соответствующей взаимной ориентации пар антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят о направлении на ИРИ [Заявка Великобритании 2140238, G 01 S 3/48, опубл. 1984 г.].

Известен также пеленгатор, содержащий многоэлементную антенную решетку, расположенную в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, входы которого соединены с выходами соответствующих элементов антенной решетки, а пара выходов – с парой входов двухканального приемника, выполненного с общим гетеродином, пара выходов которого соединена с парой входов измерителя разности фаз, выход которого соединен с вычислителем пеленга [Заявка Германии 4128191, G 01 S 3/46, опубл. 1993 г.].

Ограничениями указанных способа и устройства являются: во-первых, снижение точности пеленгования при нестабильности синхронного приема радиосигналов парами антенных элементов; во-вторых, увеличение вероятности аномальных ошибок пеленгования, связанных с измерениями разностей фаз радиосигналов, близких к радиан; в-третьих, зависимость точности пеленгования от качества измерения разностей фаз между парами сигналов; в-четвертых, наличие в двухканальном приемнике парных блоков, выполняющих одинаковые функции (фильтрация, усиление, преобразование сигналов и другие), что усложняет его техническую реализацию, увеличивает его массогабаритные характеристики и энергопотребление, снижает надежность, усложняет настройку пеленгатора в целом, что приводит к снижению качества пеленгации и ограничению области применения пеленгатора.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов антенной решеткой, состоящей из N антенных элементов, выполненных идентичными в количестве не менее трех и расположенных в плоскости пеленгования, измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов, характеризующих фазы каждого радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне одним из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, относительно фазы радиосигнала, принимаемого в том же частотном поддиапазоне другим из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного для всех используемых пар антенных элементов, формирование двумерных угловых спектров каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят об азимутах и углах места принятых радиосигналов [Патент Российской Федерации 21442200, G 01 S 3/14, опубл. 2000 г.].

В известном способе производят измерение комплексных спектров сигналов для опорного и сигнального каналов, получая комплексные амплитуды сигналов для каждого канала и частотного поддиапазона, которые после перемножения представляются комплексными амплитудами пар сигналов, синхронно принимаемых выбранными парами элементов антенной решетки для каждого частотного поддиапазона. Таким образом, в общем виде в известном способе после измерения пар комплексных амплитуд сигналов, синхронно принятых соответственно сигнальным и опорным антенными элементами, вычисляют для каждой выбранной пары антенных элементов и каждого частотного поддиапазона комплексную амплитуду пары сигналов в соответствии с выражением:

где * – знак комплексного сопряжения. Далее формируют, по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки, соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, двумерные угловые спектры для каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала и по значению аргументов максимального модуля двумерного углового спектра судят об азимутах и углах места радиосигналов.

Преобразование сигналов в этом техническом решении производят многоканальным приемником последовательно во времени от пары антенных элементов, при этом в качестве опорного сигнала используют сигнал от одного элемента, не входящего в эту пару, последовательно во времени производят преобразование сигналов от следующих пар элементов, при этом в качестве опорного сигнала используют сигнал от одного элемента, не входящего в следующую пару, и указанным образом преобразуют сигналы с всех возможных пар антенных элементов. В других аналогичных технических решениях возможно преобразование сигналов и сравнение комплексных спектральных характеристик с использованием только одного опорного элемента (см., например, патент Российской Федерации 2096797, G 01 S 3/14, опубл. 1997 г.).

Известен также пеленгатор, содержащий антенную решетку, выполненную из N антенных элементов в количестве не менее трех, выполненных идентичными и расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, выполненный с N входами и с двумя выходами – опорным и сигнальным с возможностью последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, причем выходы антенных элементов подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, приемник, блок определения амплитуд сигналов, вычислитель пеленга, последовательно соединенные, и генератор синхроимпульсов, выход которого подсоединен к управляющим входам антенного коммутатора и блока определения амплитуды сигналов, и который выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход антенного коммутатора для последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам [Патент Российской Федерации 21442200, G 01 S 3/14, опубл. 2000 г.].

В этом техническом решении приемник, а также блок определения амплитуд сигналов, функцию которого выполняет блок преобразования Фурье и запоминающее устройство компонент спектра, выполнены двухканальными.

Ограничениями указанных способа и устройства являются: во-первых, снижение точности пеленгования при нестабильности синхронного приема радиосигналов парами антенных элементов; во-вторых, наличие в двухканальном приемнике блоков, выполняющих одинаковые функции (фильтрация, усиление, преобразование сигналов и другие), что усложняет его техническую реализацию, увеличивает его массогабаритные характеристики и энергопотребление, снижает надежность, усложняет настройку пеленгатора в целом, что приводит к снижению качества пеленгации и ограничению области применения пеленгатора.

Решаемая изобретением задача – повышение качества пеленгации и расширение арсенала средств, предназначенных для пеленгования источников радиоизлучения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа – повышение точности пеленгования за счет устранения зависимости пеленга от нестабильности синхронного приема радиосигналов.

Технический результат, который может быть получен при выполнении устройства – повышение надежности пеленгования, упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных характеристик и энергопотребления.

Поставленная задача решается тем, что в способе пеленгации радиосигналов, включающем прием радиосигналов антенной решеткой, состоящей из N антенных элементов, выполненных идентичными в количестве не менее трех и расположенных в плоскости пеленгования, измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов для пары антенных элементов, характеризующих фазы каждого радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне одним из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, относительно фаз радиосигнала, принимаемого в том же частотном поддиапазоне другим из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, формирование двумерных угловых спектров каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят об азимутах и углах места принятых радиосигналов, согласно изобретению измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов для пары антенных элементов производят путем измерения амплитуды B₁ сигнала для одного из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, измерения амплитуды В₂ сигнала для другого из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, вычисления амплитуды В₃ сигнала, являющегося суммой сигналов для обоих антенных элементов пары, вычисления амплитуды В₄ сигнала, являющегося суммой сигналов для обоих антенных элементов пары при задержке фазы сигнала для другого из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, на 90^o, и вычисления для различных пар антенных элементов антенной решетки комплексных амплитуд пар сигналов в соответствии с выражением

Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы:
– антенный элемент пары, выбранный в качестве опорного, был выбран также опорным для различных пар антенных элементов антенной решетки;
– в качестве элементов антенной решетки использовали ненаправленные антенны, а в качестве антенной решетки использовали J-кольцевую многоэлементную эквидистантную антенную решетку, выполненную с количеством колец не менее одного.

Поставленная задача решается также тем, что в пеленгаторе, содержащем антенную решетку, выполненную из N антенных элементов в количестве не менее трех, выполненных идентичными и расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, выполненный с N входами и с двумя выходами – опорным и сигнальным с возможностью последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, причем выходы антенных элементов подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, приемник, блок определения амплитуд сигналов, вычислитель пеленга, последовательно соединенные, и генератор синхроимпульсов, выход которого подсоединен к управляющим входам антенного коммутатора и блока определения амплитуды сигналов, и который выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход антенного коммутатора для последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, согласно изобретению приемник и блок определения амплитуд сигналов выполнены одноканальными, введены блок формирования измерительных сигналов, опорный, сигнальный и управляющий входы которого подсоединены соответственно к опорному и сигнальному выходам антенного коммутатора, выходу генератора синхроимпульсов, а выход – к входу приемника, запоминающее устройство амплитуд сигналов, вход которого подсоединен к выходу блока определения амплитуд сигналов, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов, четыре входа и пара выходов которого подсоединены соответственно к четырем выходам запоминающего устройства амплитуд сигналов и паре входов вычислителя пеленга, при этом блок определения амплитуд сигналов снабжен управляющим выходом, подсоединенным к управляющим входам запоминающего устройства амплитуд сигналов, вычислителя комплексных амплитуд пар сигналов, вычислителя пеленга, блок формирования измерительных сигналов выполнен с возможностью последовательного в первом, втором, третьем и четвертом интервалах упомянутого единого промежутка времени формирования на его выходе соответственно первого сигнала с его опорного входа, второго сигнала с его сигнального входа, третьего сигнала, равного сумме сигналов с опорного входа и сигнального входа, и четвертого сигнала, равного сумме сигнала с сигнального входа и сигнала с опорного входа, фаза которого задержана на 90^o, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход блока формирования измерительных сигналов для формирования в помянутых интервалах единого промежутка времени указанных первого, второго, третьего и четвертого сигналов и формирования на первом, втором, третьем и четвертом выходах запоминающего устройства амплитудных значений B₁, В₂, В₃ и В₄ этих сигналов, а вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов выполнен с возможностью вычисления комплексных амплитуд пар сигналов для каждой пары сигналов в соответствии с выражением:

где B₁, В₂, В₃ и B₄ – значения амплитуд сигналов, поступающих на его первый, второй, третий и четвертый входы соответственно.

Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы блок формирования измерительных сигналов был выполнен из пяти коммутаторов, из первого, второго и третьего коммутатора, каждый из которых выполнен с возможностью подключения его входа к одному из пары его выходов, из четвертого коммутатора, выполненного с возможностью подключения его выхода к одному из пары его входов, из пятого коммутатора, выполненного с возможностью подключения его выхода к одному из трех его входов, из фазовращателя и из сумматора, причем первый и второй выходы первого коммутатора подсоединены соответственно к первому входу четвертого коммутатора и входу фазовращателя, выход которого подсоединен к второму входу четвертого коммутатора, выход которого подсоединен к входу второго коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к первому входу пятого коммутатора и первому входу сумматора, первый и второй выходы третьего коммутатора подсоединены соответственно к второму входу пятого коммутатора и второму входу сумматора, выход которого подсоединен к третьему входу пятого коммутатора, управляющие входы всех пяти коммутаторов подсоединены к управляющему входу блока формирования измерительных сигналов, вход первого и вход третьего коммутаторов служат соответственно опорным и сигнальным входами блока формирования измерительных сигналов, а выход пятого коммутатора – выходом блока формирования измерительных сигналов.

Решение поставленной задачи с достижением технического результата обусловлено тем, что распределение фаз радиосигналов, принимаемых элементами антенной решетки, необходимое для формирования двумерных угловых спектров, определяется путем измерения амплитуд сигналов, принятых антенными элементами, и измерения амплитуд указанных комбинаций сигналов. Для осуществления предложенных действий над сигналами не требуется синхронных преобразований пар сигналов с последующим прямым измерением разностей фаз, и соответственно отсутствует необходимость использования для приема и преобразования сигналов достаточно сложного, как минимум, двухканального приемника с объединенным гетеродином каналов.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его осуществления с ссылками на прилагаемые чертежи
фиг.1 изображает функциональную схему пеленгатора;
фиг. 2 – схему расположения элементов антенной решетки в плоскости пеленгования;
фиг. 3 – векторную диаграмму сигналов, принимаемых выбранной парой элементов антенной решетки;
фиг. 4 – функциональную схему варианта выполнения блока определения амплитуд сигналов;
фиг.5 – блок-схему программы автомата, реализующего обнаружитель сигнала в блоке определения амплитуды сигнала;
фиг.6 – функциональную схему варианта выполнения вычислителя комплексных амплитуд пар сигналов.

Поскольку заявленный способ пеленгации радиосигналов реализуется в работе устройства, то подробное его описание приведено в разделе описания работы пеленгатора.

Пеленгатор (фиг. 1) содержит антенную решетку (АР) 1, выполненную из N антенных элементов в количестве не менее трех, расположенных в плоскости пеленгования (азимутальной плоскости). Антенный коммутатор (АК) 2 выполненный с N входами и двумя выходами, один из которых выбран опорным, а второй за сигнальным. Выходы антенных элементов (АЭ) антенной решетки 1 подсоединены к соответствующим входам АК 2. Блок формирования измерительных сигналов (БФИС) 3, приемник 4, блок определения амплитуд сигналов (БОАС) 5, запоминающее устройство амплитуд сигналов (ЗУАС) 6, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов (ВКАПС) 7, вычислитель пеленга (ВП) 8, соединены последовательно. Опорный и сигнальный выходы АК 2 подсоединены соответственно к опорному и сигнальному входам БФИС 3, четыре выхода ЗУАС 6 подсоединены соответственно к четырем входам ВКАПС 7. Пара выходов ВКАПС 7 подсоединена соответственно к паре входов ВП 8. Два выхода ВП 8 служат выходом азимута и угла места пеленгатора. Пеленгатор также содержит генератор синхроимпульсов (ГС) 9, выход которого подсоединен к управляющим входам АК 2, БФИС 3, БОАС 5. БФИС 3 может быть выполнен с помощью различных функциональных схем. Основным функциональным требованием к БФИС 3 служит обеспечение последовательного формирования на его выходе измерительных сигналов – соответственно первого сигнала с его опорного входа, второго сигнала с его сигнального входа, третьего сигнала, равного сумме сигналов с опорного входа и сигнального входа, и четвертого сигнала, равного сумме сигнала с сигнального входа и сигнала с опорного входа, фаза которого задержана на 90^o.

Для упрощения пеленгатора целесообразно БФИС 3 выполнять на базе коммутаторов, фазовращателя и сумматора.

В этом дополнительном варианте БФИС 3 (фиг.1) содержит первый, второй и третий коммутаторы 10, 11 и 12, соответственно, четвертый коммутатор 13, пятый коммутатор 14, фазовращатель 15 и сумматор 16. Первый и второй выходы первого коммутатора 10 подсоединены соответственно к первому входу четвертого коммутатора 13 и входу фазовращателя 15, выход которого подсоединен к второму входу четвертого коммутатора 13. Выход четвертого коммутатора 13 подсоединен к входу второго коммутатора 11. Первый и второй выходы второго коммутатора 11 подсоединены к первым входам соответственно пятого коммутатора 14 и сумматора 16. Кроме того, первый и второй выходы третьего коммутатора 12 подсоединены к вторым входам соответственно пятого коммутатора 14 и сумматора 16. Выход сумматора 16 подсоединен к третьему входу пятого коммутатора 14. Кроме того, управляющие входы коммутаторов 10, 11, 12, 13 и 14 подсоединены к управляющему входу БФИС 3. Входы первого и третьего коммутаторов 10 и 12 являются соответственно опорным и сигнальным входами БФИС 3, а выход пятого коммутатора 14 – выходом БФИС 3.

Антенная решетка 1 выполнена из N АЭ с идентичными характеристиками (амплитудными и фазовыми диаграммами направленности), размещенными, для упрощения конструкции, в плоскости пеленгования (азимутальной плоскости). Для дополнительного упрощения конструкции в качестве антенных элементов АР 1 целесообразно использовать идентичные ненаправленные антенны, например симметричные или несимметричные вибраторные антенны. С целью повышения точности пеленгования, в качестве АР 1 целесообразно использовать одно- или многокольцевые эквидистантные антенные решетки.

Антенный коммутатор 2 выполнен с возможностью подключения по соответствующим командам с ГС 9 в единых промежутках времени его любых пар входов соответственно к его опорному и сигнальному выходам.

Блок формирования измерительных сигналов 3 выполнен с возможностью по командам с ГС 9 последовательно в четырех интервалах единого промежутка времени передачи соответственно первого и второго сигналов с его опорного и сигнального входов, третьего сигнала, являющегося суммой сигналов с опорного и сигнального входов и четвертого сигнала, являющегося суммой сигнала с сигнального входа и сигнала с опорного входа, фаза которого задержана на 90^o.

Приемник 4 выполнен одноканальным с возможностью фильтрации, усиления и преобразования радиосигналов на низкую частоту (для упрощения последующей обработки).

БОАС 5 выполнен одноканальным с возможностью измерения амплитуд сигналов в каждом поддиапазоне рабочего диапазона частот, и, кроме того, с возможностью выдачи управляющих команд на запоминающее устройство амплитуд сигналов 6, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов 7 и вычислитель пеленга 8.

ЗУАС 6 выполнено с возможностью запоминания для каждого поддиапазона частот и каждой пары АЭ четырех амплитуд сигналов, переданных через БФИС 3 в соответствующие интервалы промежутка времени с соответствующих пар АЭ АР 1.

ВКАПС 7 выполнен с возможностью вычисления по четырем указанным амплитудам сигналов для каждой пары АЭ и каждого поддиапазона частот действительных и мнимых компонент комплексных амплитуд пар сигналов в соответствии с вышеупомянутым выражением.

Вычислитель пеленга 8 выполнен с возможностью формирования по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар АЭ антенной решетки 1 и соответственно взаимным расположениям АЭ в плоскости пеленгования двумерных (в азимутальной и угломестной плоскостях) угловых спектров каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала, которые заключают в себе информационные данные об азимутах и углах места радиосигналов.

Генератор синхроимпульсов 9 выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход АК 2 для последовательного во времени подключения в единых промежутках времени соответствующих пар АЭ АР 1 к опорному и сигнальному выходам АК 2, с возможностью выдачи команд на управляющий вход БФИС 3 для последовательного в каждом промежутке времени формирования в соответствующих четырех интервалах времени вышеупомянутых измерительных сигналов. Кроме того, ГС 9 выполнен с возможностью выдачи команд на управляющие входы БОАС 5 для синхронизации его работы.

Пеленгатор (фиг.1) работает следующим образом.

Электромагнитные волны (ЭМВ) каждого радиосигнала, излучаемого соответствующим источником радиоизлучения (ИРИ) в соответствующем частотном поддиапазоне, принимаются каждым идентичным АЭ антенной решетки 1 A₁, А₂, .. . A_n,…A_N (фиг.2), для простоты показанной в виде кольцевой многоэлементной эквидистантной антенной решетки, причем на выходе n-го АЭ формируются сигналы которые могут быть представлены в виде:

где Z_n= hEcos – амплитуда радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне;
F_n(t) = Ф_n+t+(t)+₀ – текущая фаза радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне;
n = 1, 2,…, N – номер антенного элемента N – элементной решетки;
– круговая частота радиосигнала;
t – время;
(t) – закон изменения фазы радиосигнала, обусловленный его угловой модуляцией;
₀ – начальная фаза радиосигнала в центре О антенной решетки 1 (фиг.2),
h – действующая высота идентичных АЭ решетки;
Е – напряженность электромагнитного поля радиосигнала;
Ф_n = (2/)r_ncoscos(–_n) – фаза n-го АЭ решетки, зависящая от его пространственного положения относительно центра O антенной решетки;
– длина волны радиосигнала;
r_n – расстояние от центра О антенной решетки до точки размещения n-го АЭ;
_n – угол ориентации пространственного положения n-ого АЭ относительно выбранного опорного направления ОС, проходящего через центр О антенной решетки;
– угол места (угол наклона фронта волны) радиосигнала, то есть угол между направлением вектора распространения ЭМВ и проекцией направления на азимутальную плоскость (плоскость пеленгования);
– азимут радиосигнала, то есть угол между проекцией направления вектора распространения ЭМВ радиосигнала на плоскость пеленгования и опорным направлением ОС.

При этом фазы выбранной пары АЭ Ф_no и Ф_nc, зависящие от пространственного положения относительно центра О антенной решетки 1 n₀-го АЭ, принятого за опорный, и n_c-ого АЭ, принятого за сигнальный (см. фиг.2), описываются выражениями:


где n₀ = 1, 2,…, N – порядковый номер опорного АЭ в выбранной паре;
n_с = 1, 2,…, N – порядковый номер сигнального АЭ в выбранной паре;
n₀n_c.

Необходимо отметить, что переизлучение ЭМВ антенными элементами решетки приводит к искажению как амплитуд и , так и фаз и сигналов принятых n₀-м опорным и n_с-м сигнальным АЭ. При этом результирующие амплитуды и n₀-го и n_с-го АЭ и разность фаз между n_с-м и n₀-м АЭ для пары АЭ можно представить в виде:



где – изменения амплитуд сигналов для опорного и сигнального АЭ за счет переизлучения в решетке;
– погрешность разности фаз между сигналами, принятыми сигнальными и опорным АЭ, обусловленная переизлучением в антенной решетке.

Погрешности разности фаз между парами сигналов, принятыми АЭ решетки, зависят от эффективности переизлучения ЭМВ антенными элементами. Использование в качестве АЭ ненаправленных антенн уменьшает эти погрешности. Кроме того, использование в качестве антенной решетки 1 многоэлементной эквидистантной одно- или многокольцевой решетки приводит к гармоническому (знакопеременному) характеру погрешностей , которые при формировании общей пеленгационной характеристики пеленгатора на основе усреднения результатов измерений разностей фаз по всем возможным пеленгационным парам АЭ взаимно компенсируются.

Радиосигналы, принятые N антенными элементами антенной решетки 1, описываемые вышеприведенными выражениями, с их выходов поступают на соответствующие N входов АК 2. По команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющий вход АК 2, сигналы с выбранной пары n_о-го и n_с-го АЭ в течение промежутка времени t поступают соответственно на опорный и сигнальный выходы АК 2 и далее, соответственно на опорный и сигнальный входы БФИС 3, то есть на входы соответственно первого и третьего коммутаторов 10 и 12 (фиг.1).

По команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 (на управляющие входы первого, второго, четвертого и пятого коммутаторов 10, 12, 13 и 14), БОАС 5 в первый интервал t₁ промежутка t времени принятые n_о-м АЭ в рабочем диапазоне частот сигналы с первого выхода первого коммутатора 10 поступают на первый вход четвертого коммутатора 13, а с его выхода – на вход второго коммутатора 11, и далее, с первого выхода второго коммутатора 11 – на первый вход пятого коммутатора 14, а с его выхода – на вход приемника 4. Сигналы, поступившие на вход приемника 4, подвергаются в нем фильтрации и усилению в поддиапазоне частот приемника с коэффициентом усиления К_п, переносу на промежуточные частоты и с выхода приемника 4 поступает на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому n_о-м АЭ антенной решетки 1 радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды B₁ сигнала, которая описывается выражением:

Сигналы, соответствующие измеренным в первый интервал t₁ промежутка t времени амплитудам B₁ каждого радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, с выхода БОАС 5 поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступающей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, производится их запоминание.

Далее, по команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 (на управляющие входы третьего и пятого коммутаторов 12 и 14) и БОАС 5 во второй интервал t₂ промежутка t времени, принятые n_с-м АЭ АР 1 в рабочем диапазоне частот сигналы с первого выхода третьего коммутатора 12 поступают на второй вход пятого коммутатора 14, а с его выхода – на вход приемника 4, где преобразуются вышеизложенным образом и поступают на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому n_с-м АЭ антенной решетки 1 радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды В₂ сигнала, которая описывается выражением:

Сигналы, соответствующие измеренным во второй интервал t₂ промежутка t времени амплитудам В₂ каждого радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, с выхода БОС 5 поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступающей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, производится их запоминание.

Далее, по команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 и БОАС 5 в третий интервал t₃ промежутка t времени, принятые n_о-м АЭ в диапазоне частот сигналы с первого выхода первого коммутатора 10 поступают на первый вход четвертого коммутатора 13, а с его выхода – на вход второго коммутатора 11, и далее, с второго выхода второго коммутатора 11 – на первый вход сумматора 16. Кроме того, одновременно принятые n_с-м АЭ в диапазоне частот сигналы с второго выхода третьего коммутатора 12 поступают на второй вход сумматора 16, где суммируются с соответствующими сигналами, принятыми n_о-м АЭ. Просуммированные сигналы с выхода сумматора 16 поступают на третий вход пятого коммутатора 14, а с его выхода – на вход приемника 4, где преобразуются вышеизложенным образом и поступают на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому n_о-м и n_с-м АЭ радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды В₃ суммарного сигнала от указанной пары АЭ, которая с учетом векторной диаграммы, представленной на фиг.3, и известной теоремы косинусов [см. , например. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). -М.: Наука, 1978 – 832 с.] описывается выражением:

Сигналы, соответствующие измеренным в третий интервал t₃ промежутка t времени амплитудам В₃ каждого суммарного радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, с выхода БОАС 5 поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступившей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, производится их запоминание.

И наконец, по команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 и БОАС 5 в четвертый интервал t₄ промежутка t времени, принятые n_о-м АЭ в рабочем диапазоне частот сигналы с второго выхода первого коммутатора 10 поступают на вход фазовращателя 15, где производится задержка фаз радиосигналов на 90^o. С выхода фазовращателя 15 сигналы поступают на второй вход четвертого коммутатора 13, а с его выхода – на вход второго коммутатора 11, и далее, с второго выхода второго коммутатора 11 – на первый вход сумматора 16. Кроме того, одновременно принятые n_с-м АЭ в диапазоне частот сигналы с второго выхода третьего коммутатора 12 поступают на второй вход сумматора 16, где суммируются с соответствующими сигналами, принятыми n_о-м АЭ, фазы которых задержаны на 90^o. Просуммированные сигналы с выхода сумматора 16 поступают на третий вход пятого коммутатора 14, а с его выхода – на вход приемника 4, где преобразуются вышеизложенным образом и поступают на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому n_о-м и n_с-м АЭ радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды В₄ сигнала, являющегося суммой сигнала, принятого n_о-м АЭ, фаза которого задержана на 90^o и сигнала, принятого n_с-м АЭ выбранной пары АЭ, которая с учетом векторной диаграммы, представленной на фиг. 3, известной теоремы косинусов и простейших тригонометрических преобразований описывается выражением:

Сигналы, соответствующие измеренным в четвертый интервал t_4/ промежутка t времени амплитудам В₄ каждого суммарного радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступившей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, также производится их запоминание.

Двузначные значения разности фаз могут быть определены из любого вышеуказанного выражения, описывающего В₃ или В₄. При этом наиболее целесообразно для определения двузначной разности фаз использовать выражение, описывающее В₃. Так как в это выражение для В₃, в отличие от выражения, описывающего В₄, не входит параметр, зависящий от дополнительного функционального преобразования радиосигналов – задержки фазы на 90^o. Следовательно, погрешность задержки фазы, которая может возникать при технической реализации фазовращателя 15, в случае использования выражения для В₃ не влияет на точность оценки . Поэтому, двузначные значения разности фаз в области от 0 до радиан, целесообразно определять из выражения:

При этом математическое выражение, описывающее В₄, целесообразно использовать для устранения неоднозначности определения . Из вышеупомянутого выражения для B₄ следует:

и далее

Отсюда получаем правило выбора знака разности фаз :


где
В связи с этим сигналы, соответствующие измеренным амплитудам B₁, В₂, В₃ и В₄, с выходов ЗУАС 6 поступают на соответствующие входы ВКАПС 7, где для каждой пары антенных элементов и каждого частотного поддиапазона по командам, поступающим с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ВКАПС 7, производится вычисление комплексных амплитуд пар сигналов , аналогичных комплексным амплитудам пар сигналов наиболее близкого аналога, но в соответствии с другим выражением:
,
в котором распределение фаз радиосигналов, принимаемых АЭ антенной решетки 1, необходимое для формирования двумерных угловых спектров, определяется путем измерения амплитуд сигналов, принятых АЭ, и измерения амплитуд указанных комбинаций сигналов.

Как следует из этого выражения, для осуществления заявленных действий над сигналами уже не требуется синхронных преобразований пар сигналов с последующим прямым измерением разностей фаз, и соответственно, отсутствует необходимость использования для приема и преобразования сигналов достаточно сложного, как минимум, двухканального приемника с объединенным гетеродином каналов.

Аналогичным образом по командам, поступающим с выхода ГС 9 последовательно во времени обрабатываются сигналы с других возможных пар АЭ антенной решетки 1 в течение других промежутков времени t. Вычисленные в ВКАПС 7 для различных пар антенных элементов и для каждых k-х частотных поддиапазонов комплексные амплитуды пар сигналов в виде действительной и мнимой компонент с пары выходов ВКАПС 7 поступают соответственно на пару входов ВП 8, на управляющий вход которого поступают соответствующие команды с управляющего выхода БОАС 5.

Формирование в ВП 8 по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар элементов антенной решетки 1 двумерных угловых спектров, по которым судят об азимутах и углах места радиосигналов, можно осуществлять различными методами. Для заявляемого способа уже не является принципиальным, какой из алгоритмов оценки комплексных амплитуд пар сигналов был использован.

Наилучший вариант выполнения вычислений в ВП 8 изложен в ближайшем аналоге. Для такого варианта во-первых, по сигналам, поступающим с ВКАПС 7 на пару входов ВП 8 формируют Р групп комплексных амплитуд пар сигналов, полученных с использованием пар АЭ, имеющих одинаковую базу _p то есть с одинаковым расстоянием между n_о-м и n_с-м АЭ:

где р = 1, 2,…, Р – порядковый номер группы комплексных амплитуд пар сигналов, содержащий N_p комплексных амплитуд пар сигналов, принятых n_о-м и n_с-м АЭ решетки, имеющих одинаковую базу – радиус кольца, антенной решетки, на котором расположен сигнальный АЭ пары; – радиус кольца, антенной решетки, на котором расположен опорный АЭ пары; – угловые ориентации соответственно сигнального и опорного элементов пары относительно опорного направления антенной решетки.

Во-вторых, по каждой группе комплексных амплитуд пар сигналов вычисляют Р двумерных угловых спектров каждого k-го радиосигнала, соответствующего k-му частотному поддиапазону, в соответствии с выражением:

где k = 1, 2,…, К – порядковый номер частотного поддиапазона;
lp=1, 2,…,N_p – порядковый номер пары n_о-го и n_с-го АЭ, удовлетворяющих указанному выше условию;
Ld – аргумент азимута углового спектра,
d – шаг вычисления азимута углового спектра,
Ld – аргумент угла места углового спектра,
d – шаг вычисления угла места углового спектра,
– расчетное значение сдвига фаз между сигналами, принимаемыми n_о-й и n_с-й АЭ для k-го частотного поддиапазона, определяемое выражением:

В-третьих, формируют результирующий двумерный угловой спектр каждого k-го радиосигнала путем перемножения всех его Р спектров в соответствии с выражением:

В-четвертых, производят вычисление наибольшего значения Q_k модуля действительной части результирующего двумерного углового спектра q_k для каждого k-го радиосигнала по всем аргументам Ld и Ld:

по всем значениям
И наконец, производят определение значений азимутов и углов места радиосигналов, равных аргументам соответственно Ld и Ld, при которых модули соответствующих действительных частей результирующих двумерных угловых спектров радиосигналов принимают максимальные значения.

Выполнение ВП 8 указанным образом позволяет компенсировать погрешности измерения разностей фаз между парами АЭ, обусловленные взаимным влиянием АЭ, путем их суммирования по соответствующим группам комплексных амплитуд пар сигналов. Перемножение угловых спектров, соответствующих группам комплексных амплитуд пар сигналов, приводит к сужению основного лепестка и уменьшению уровня боковых лепестков результирующего углового спектра, что приводит к повышению точности пеленгования и возможности увеличения при фиксированном уровне боковых лепестков межэлементных расстояний в антенной решетке 1, что упрощает реализацию антенной решетки 1 при необходимости функционирования в широком диапазоне частот.

В устройстве, реализующем предложенный способ, используются известные типовые для пеленгаторов блоки, различные варианты осуществления которых описаны в ряде научно-технических источников информации. Специалистам понятно, что конкретные функциональные схемы отдельных блоков могут отличаться функциональными схемами их выполнения, конструктивной и элементной базой, связями между функциональными элементами, однако обобщенная функциональная схема (фиг. 1), описывающая заявленное устройство независимым пунктом формулы, сохраняется. Варианты реализации антенных элементов и антенной решетки 1 приведены, например, в [Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. – М.: Радио и связь, 1997], антенного коммутатора 2 и коммутаторов 10 – 14 блока формирования измерительных сигналов 3 – в [Дзехцер Г.Б., Орлов О.С. P-i-n диоды в широкополосных устройствах СВЧ. – М.: Сов. радио, 1970 – 200 с.], [Гиниятулин Ф.А. Электронный ключ для коммутации – Труды НИИР, 1979, 3.], [Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. – М.: Радио и связь, 1987. – 120 с.], [Нефедов Е. И., Саидов А.С., Тагилаев А.Р. Широкополосные микрополосковые управляющие устройства СВЧ. – М.: Радио и связь, 1994], фазовращателя 15 – в [Нефедов Е. И. , Саидов А.С., Тагилаев А.Р. Широкополосные микрополосковые управляющие устройства СВЧ. – М.: Радио и связь, 1994], [Авраменко В.Л., Галямичев Ю.П., Ланнэ А.А. Электрические линии задержки и фазовращатели. – М.: Связь, 1973. – 107 с. ], сумматора 16 – в [Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. – М.: Мир, 1990. – 256 с.], приемника 4 – в [Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. -М.: Мир, 1990. – 256 с. ] , [Рэд Э.Т. Схемотехника радиоприемников. Практическое пособие: Пер. с нем. – М.: Мир, 1989. – 152 с.].

Функциональная схема варианта реализации БОАС 5 с использованием цифровой обработки сигналов представлена на фиг. 4. В этом случае БОАС 5 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17, запоминающее устройство 18 временных выборок (ЗУВВ), блок 19 дискретного преобразования Фурье (БДПФ), блок 20 обнаружителя сигналов (ОС), запоминающее устройство 21 частотных поддиапазонов (ЗУЧП), блок 22 управления (БУ), цифровой мультиплексор 23 (ЦМ), вычислитель 24 квадратов компонент спектров (ВККС), запоминающее устройство 25 квадратов компонент спектров (ЗУККС), сумматор 26 квадратов компонент спектров (СККС), вычислитель 27 квадратного корня (ВКК). Вход АЦП 17 является входом БОАС 5. Выход АЦП 17 подсоединен к входу ЗУВВ 18, имеющего М выходов (на фиг. 4 для простоты показан один выход М). Выходы ЗУВВ 18 подсоединены к соответствующим входам БДПФ 19, имеющего М входов и М/2 выходов данных. Выходы данных БДПФ 19 подключены к соответствующим входам данных М/2 – канального ОС 20 и одновременно к соответствующим входам данных М/2 – канального ЦМ 23. Выходы ОС 20 подсоединены к входу ЗУЧП 21, выходы которого подключены к входам данных БУ 22. Выход ЦМ 23 подсоединен к двум входам ВККС 24, выход которого подсоединен к входу ЗУККС 25. Выходы ЗУККС 25 в количестве N/2 подключены соответственно к М/2 входам данных М/2 -канального СККС 26, единственный выход которого подсоединен к ВКК 27. Выход ВКК 27 является выходом БОАС 5. Кроме этого, управляющие входы АЦП 17, ЗУВВ 18, БДПФ 19, ОС 20, ЗУЧП 21 и БУ 22 подключены к управляющему входу БОАС 5. а управляющие входы ЦМ 23, ВККС 24 и ЗУККС 25 подключены к выходу БУ 22, выход которого является управляющим выходом БОАС 5.

АЦП 17 осуществляет операции дискретизации по времени с частотой F_T и квантования по уровню сигнала, поступающего на вход БОАС 5 с выхода приемника 4. Частота дискретизации F_T выбирается в соответствии с выражением [Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. Изд. 3-е перераб. и доп. – М.: Советское радио, 1977. – 608 с.]: _T2D_f, где D_f – поддиапазон частот приемника.

Цифровые значения, соответствующие выборкам цифрового (дискретизированного и квантованного сигнала), запоминаются в ЗУВВ 18, в количестве М выборок. Число М выбирается таким, чтобы обеспечить возможность разрешения по частоте двух сигналов, имеющих близкие несущие (центральные) частоты. Для этого необходимо, чтобы соседние спектральные составляющие дискретного преобразования Фурье отличались по частоте не более чем на половину минимального разноса частот между соседними сигналами. Следовательно, выбор числа М может быть осуществлен в соответствии с выражением:
,
где f_min – минимальный разнос частот между двумя сигналами.

После накопления М выборок цифрового сигнала в ЗУВВ 18, весь массив накопленных значений цифрового сигнала подается на БДПФ 19, где осуществляется операция дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Накопление M выборок в ЗУВВ 18 позволяет в БДПФ 19 использовать эффективные математические алгоритмы “быстрого” преобразования Фурье (БПФ). БДПФ 19 с использованием БПФ целесообразно реализовать в виде программного автомата [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1978.]. На выходах БДПФ 19 формируются М/2 вещественных цифровых значений, соответствующих значениям M/2 спектральных составляющих амплитудного спектра полного рассматриваемого диапазона частот.

Выходы БДПФ 19 подключены одновременно к входам ОС 20 и ЦМ 23. ОС 20 осуществляет обнаружение сигналов в рассматриваемом диапазоне частот и объединение спектральных составляющих с выходов БДПФ 19 в К групп, соответствующих К поддиапазонам, в которых обнаружены сигналы. Методы обнаружения сигналов в ОС 20 могут быть различными и не являются предметом изобретения. Например, обнаруженным может считаться сигнал в поддиапазоне, если амплитуды всех спектральных составляющих внутри данного частотного поддиапазона превышают некоторый пороговый уровень, заведомо превышающий уровень шумов на выходах БДПФ 19. Действующий в соответствии с приведенным методом обнаружения ОС 20 может быть выполнен в виде автомата, реализованного на основе микропроцессора и действующего в соответствии с программой, блок-схема которой приведена на фиг.5.

В программе используются: логическая переменная noSignal (принимающая значения ИСТИНА или ЛОЖЬ), переменная А в которую записывается значение рассматриваемой на данном шаге амплитуды спектральной составляющей S[i], i – целочисленный параметр цикла (0iM/2), k – целочисленный номер рассматриваемого поддиапазона (0kK). Кроме переменных в программе используется и константное значение findLevel, равное уровню сигнала необходимому для обнаружения.

Работает программа следующим образом. Первый блок В1 программы – ее начало – старт. Во втором блоке В2 программы производится инициализация внутренних переменных программы: параметру i присваивается значение 0 (i=0); номеру рассматриваемого поддиапазона k присваивается значение 0 (k=0); переменной noSignal присваивается значение ИСТИНА (сигнал не обнаружен). В третьем блоке В₃ программы с i-го выхода БДПФ 19 считывается значение i-й спектральной составляющей спектра. В четвертом блоке В4 программы считанное в предыдущем блоке В3 программы значение сравнивается с константным значением findLevel. Если оно больше чем findLevel (сигнал выше уровня обнаружителя), то программа переходит на блок В5, в противном случае – на блок В6. В пятом блоке В5 выполняется проверка условия: не является ли сигнал уже обнаруженным на одном из предыдущих шагов (noSignal=ИCTИHA). Если сигнал еще не был обнаружен (noSignal=ИCTИHA), то выполняется переход на блок В7, в противном случае (сигнал уже был обнаружен) – на блок В12, В блоке В7 переменной noSignal присваивается значение ЛОЖЬ, что означает, что сигнал обнаружен на данном шаге. С блока В7 программа переходит на блок В8. В блоке В8 производится вывод результата обнаружения начальной спектральной составляющей данного частотного поддиапазона – запись номера I_нач спектральной составляющей, соответствующей начальной частоте данного частотного поддиапазона, и равной номеру текущей спектральной составляющей i, в ЗУЧП 21. С блока В8 программа переходит на блок В12. В блоке В6 проверяется, был ли уже обнаружен сигнал на одном из предыдущих шагов (noSignal=ЛОЖЬ). Если сигнал уже был обнаружен (noSignal= ЛОЖЬ, то выполняется переход на блок В9, в противном случае – на блок В12. В блоке В9 переменной noSignal присваивается значение ИСТИНА, что говорит о том, что данная спектральная составляющая является конечной спектральной составляющей данного частотного поддиапазона.

Из блока В9 программа переходит на блок В10. В блоке В10 производится вывод результата обнаружения конечной спектральной составляющей данного частотного поддиапазона – запись номера I_кон спектральной составляющей, соответствующей конечной частоте данного частотного поддиапазона, и равной номеру текущей спектральной составляющей i, в ЗУЧП 21. С блока В10 программа переходит на блок В11, в котором производится увеличение номера рассматриваемого поддиапазона k. С блока ВЦ программа переходит на блок В12. В блоке В12 производится проверка условия: меньше ли текущий номер i спектральной составляющей, чем М/2. Если условие выполняется (iM/2), то выполняется непосредственный переход на начало программы, что означает окончание обнаружения сигналов в данном спектре.

Реализация устройств на основе микропроцессоров приведена в ряде научно-технических источников информации, например в [Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехнки: В 2-х т. Т.2. Пер. с англ. – Изд. 3-е стереотип. – М.: Мир, 1986. – 590 с.].

Результатами выполнения программы являются номера I_нач и I_кон спектральных составляющих, соответствующих начальной и конечной частоте каждого частотного поддиапазона, которые сохраняются в ЗУЧП 21 (фиг.4). Объем памяти ЗУЧП 21 равен М/2 (он складывается из M/4 значений I_нач и М/4 значений I_кон).

ЦМ 23 под управлением команд БУ 22 выдает на выход цифровое значение, равное цифровому значению на одном из М/2 его входов данных. Управляющие команды БУ 22 таковы, что с входов на выход ЦМ 23 последовательно выдаются значения, равные амплитудам спектральных составляющих k-го поддиапазона частот, причем 1kК.

Амплитуды спектральных составляющих k-го поддиапазона частот с выхода ЦМ 23 последовательно во времени поступают на ВККС 24, где под управлением команд с БУ 22 производится операция возведения в квадрат их значений. ВККС 24 является обычным цифровым умножителем, на оба входа которого подается одно и то же значение.

Квадраты спектральных составляющих с выхода ВККС 24 под управлением команд БУ 22 последовательно во времени запоминаются в ЗУККС 25, в количестве Р_S, равном числу спектральных составляющих в рассматриваемом k-м поддиапазоне частот. Так как в соответствии с вышеприведенным выражением максимальное число спектральных составляющих в поддиапазоне равно M/2, то объем памяти ЗУККС 25 равен М/2 ячеек, размер которых равен числу разрядов цифрового сигнала. В случае, если P_S<М/2, в оставшиеся незаполненными ячейки ЗУККС 25 записаны нулевые значения.

После накопления в ЗУККС 25 Р_S значений квадратов спектральных составляющих рассматриваемого k-го поддиапазона частот, эти значения поступают на СККС 26, где производится их суммирование под управлением команд БУ 22. СККС 26 является обычным цифровым сумматором.

Сумма квадратов спектральных составляющих с выхода СККС 26 поступает на вычислитель квадратного корня ВКК 27, на выходе которого формируется цифровое значение, прямо пропорциональное амплитуде сигнала, действующего в рассматриваемом k-м поддиапазоне частот.

В качестве ЗУВВ 18 и ЗУККС 25 могут быть использованы как оперативное запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ), так и набор регистров сдвига с возможностью параллельной загрузки и считывания. При использовании регистров сдвига их длина должна быть равна М/2, а число таких регистров должно быть равно числу разрядов цифрового сигнала.

Функциональная схема варианта реализации ВКАПС 7 пеленгатора (фиг.6) при помощи специализированного цифрового вычислителя включает цифровые умножители 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, цифровые устройства изменения знака числа 36, 37, 38, цифровые сумматоры 39, 40, 41, 42, цифровое устройство вычисления частного от деления двух чисел 43, функциональные преобразователи 44, 45, 46, 47, 48, выполняющие следующие функции соответственно: определение знака числа (44), вычисление тригонометрического арккосинуса (45), взвешивания числа знаком (46), вычисление тригонометрического синуса (47), вычисление тригонометрического косинуса (48). При этом первый вход ВКАПС подключен к обоим входам умножителя 31, а второй – к обоим входам умножителя 32, реализуя таким образом возведение в квадрат соответствующих значений. Кроме этого, первый и второй входы ВКАПС 7 подключены к двум входам умножителя 28, осуществляющего их перемножение. Второй вход ВКАПС 7 подсоединен к обоим входам умножителя 29, а третий вход – соответственно к обоим входам умножителя 30, реализуя возведение в квадрат соответствующих значений. Выход умножителя 28 подключен к одному из входов умножителя 33, на второй вход которого подается константное значение, равное числу 2 в выбранном коде, кроме этого выход умножителя 28 подсоединен к одному из входов умножителя 34 и, аналогично, к одному из входов умножителя 35. Выход умножителя 29 подсоединен к входу устройства изменения знака числа 36, а выход умножителя 30 – к входу устройства изменения знака числа 37.

Выходы умножителей 31 и 32 подключены к входам двухвходового сумматора 39. Выход устройства изменения знака числа 36 совместно с выходом сумматора 39 соответственно подсоединены к двум входам сумматора 40, а выход устройства изменения знака числа 37 совместно с выходом сумматора 39 подсоединены к входам сумматора 41. Выход сумматора 40 подключен к входу делимого устройства вычисления частного от деления двух чисел 43. На вход делителя устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 подключен выход умножителя 33. Выход устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 подсоединен к входу функционального преобразователя 45, выход которого подсоединен к входу устройства изменения знака 38, выход которого подсоединен к одному из входов сумматора 42, на другой вход которого подается константное значение, равное в выбранном коде. Выход сумматора 41 подсоединен к входу функционального преобразователя 44 определения знака числа, выход которого подсоединен к входу знака функционального преобразователя 46 взвешивания числа знаком.

Выход сумматора 42 подсоединен на вход числа функционального преобразователя 46 взвешивания числа знаком. Выход функционального преобразователя 46 подсоединен к входам функциональных преобразователей 47 синуса и 48 косинуса, которые своими выходами подсоединены соответственно к второму из входов умножителя 34 и соответственно к второму из входов умножителя 35. Выходы умножителей 34 и 35 являются выходами ВКАПС 7, соответственно реальной и мнимой частей комплексной амплитуды пары сигналов. Кроме того, синхровходы умножителей 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, а также устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 подсоединены к управляющему входу (синхровходу) ВКАПС 7.

ВКАПС 7 работает следующим образом. В умножителе 28 производится перемножение значений на первом и втором входах ВКАПС 7. Умножители 31 и 32 возводят в квадрат значения на первом и втором входах ВКАПС 7, а устройства изменения знака 36 и 37 изменяют знак полученных в умножителях 29 и 30 квадратов на противоположный. Умножители 29 и 30 возводят в квадрат значения на третьем и четвертом входах ВКАПС 7. Умножитель 33 удваивает полученное в умножителе 28 значение, В сумматоре 39 суммируются квадраты значений на первом и втором входах ВКАПС 7, полученные в умножителях 31 и 32. В сумматоре 40 к сумме квадратов значений на первом и втором входах ВКАПС 7, полученной на выходе сумматора 39, прибавляется квадрат значения на третьем входе ВКАПС 7, взятый с отрицательным знаком (с выхода устройства изменения знака числа 36).

Аналогичным образом в сумматоре 41 к сумме квадратов значений на первом и втором входах ВКАПС 7, полученной на выходе сумматора 39, прибавляется квадрат значения на четвертом входе ВКАПС 7, взятый с отрицательным знаком (с выхода устройства изменения знака числа 36). В устройстве вычисления частного от деления двух чисел 43 производится вычисление частного от деления значения на выходе сумматора 40, на значение на выходе умножителя 33. Полученное на выходе устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 значение подвергается функциональному преобразованию вычисления тригонометрического арккосинуса в преобразователе 45. Полученное значение арккосинуса подвергается замене знака на противоположный в устройстве изменения знака 38. Полученное значение складывается с константным значением, равным числу + в сумматоре 42. В функциональном преобразователе 44 определения знака числа, выделяется знак числа на выходе сумматора 41. В функциональном преобразователе 46 взвешивания числа знаком производится передача значения с его верхнего входа на выход с изменением знакового разряда на противоположный в случае, если на его нижний вход подается значение, соответствующее отрицательному знаку; в противном случае передача на выход значения с верхнего входа функционального преобразователя 46 производится без изменения знакового разряда. Значение с выхода функционального преобразователя 46 подвергается функциональным преобразованиям: взятию тригонометрического синуса и тригонометрического косинуса в функциональных преобразователях 47 и 48 соответственно. Полученные на их выходах значения домножаются в умножителях соответственно 34 и 35 на произведение сигналов на первом и втором входах ВКАПС 7, которое получено на выходе умножителя 28. Таким образом, на выходе умножителей 34 и 35 получают значения реальной и мнимой части комплексной амплитуды соответствующей пары сигналов.

Все устройства, входящие в схему ВКАПС 7 являются типовыми цифровыми устройствами, известными из уровня техники и описанными в различных научно-технических источниках. Например, реализация умножителей и сумматоров описана в [Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2001. – 528 с.], устройства замены знака – обыкновенные инверторы знакового разряда, описанные например в [Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехнки: В 2-х т. Т.2. Пер. с англ. – Изд. 3-е стереотип. – М.: Мир, 1986. – 590 с.], функциональные преобразователи 45, 44, 48, связанные с взятием тригонометрических функций, могут быть реализованы, например, на основе постоянных запоминающих устройств (ПЗУ).

Таким образом, распределение фаз радиосигналов, принимаемых элементами антенной решетки, необходимое для формирования двумерных угловых спектров, по которым производится определение азимутов и углов места радиосигналов, в заявленном изобретении осуществляется путем последовательного во времени измерения амплитуд сигналов, принятых антенными элементами, и измерений амплитуд указанных комбинаций сигналов на основе приема и преобразования сигналов одноканальным приемником. Кроме повышения точности пеленгования за счет исключения погрешностей пеленгования, связанных с нестабильностью синхронного приема радиосигналов, предложенное изобретение позволяет повысить надежность пеленгования, упростить конструкцию, уменьшить массогабаритные характеристики и энергопотребление пеленгатора за счет упрощения структуры приемника.

Наиболее успешно заявленные способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор могут быть использованы в радиотехнике при поиске и определении местоположения несанкционированных источников радиоизлучения, в радиоконтроле аналоговых и цифровых систем связи при работе в составе мобильных систем определения местоположения, к которым предъявляются жесткие ограничения на массогабаритные характеристики и энергопотребление.

Формула изобретения

1. Способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов антенной решеткой, состоящей из N антенных элементов, выполненных идентичными в количестве не менее трех и расположенных в плоскости пеленгования, измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов для пары антенных элементов, характеризующих фазы каждого радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне одним из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, относительно фазы радиосигнала, принимаемого в том же частотном поддиапазоне другим из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, формирование двумерных угловых спектров каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят об азимутах и углах места принятых радиосигналов, отличающийся тем, что измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов для пары антенных элементов производят путем измерения амплитуды B₁ сигнала для одного из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, измерения амплитуды В₂ сигнала для другого из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, вычисления амплитуды В₃ сигнала, являющегося суммой сигналов для обоих антенных элементов пары, вычисления амплитуды В₄ сигнала, являющегося суммой сигналов для обоих антенных элементов пары при задержке фазы сигнала для другого из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, на 90^o, и вычисления для различных пар антенных элементов антенной решетки комплексных амплитуд пар сигналов в соответствии с выражением:

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что антенный элемент пары, выбранный в качестве опорного, выбран также опорным для различных пар антенных элементов антенной решетки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве элементов антенной решетки используют ненаправленные антенны, а в качестве антенной решетки используют J-кольцевую многоэлементную эквидистантную антенную решетку, выполненную с количеством колец не менее одного.

4. Пеленгатор, содержащий антенную решетку, выполненную из N антенных элементов в количестве не менее трех, выполненных идентичными и расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, выполненный с N входами и с двумя выходами – опорным и сигнальным с возможностью последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, причем выходы антенных элементов подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, приемник, блок определения амплитуд сигналов, вычислитель пеленга, последовательно соединенные, и генератор синхроимпульсов, выход которого подсоединен к управляющим входам антенного коммутатора и блока определения амплитуды сигналов и который выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход антенного коммутатора для последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, отличающийся тем, что приемник и блок определения амплитуд сигналов выполнены одноканальными, введены блок формирования измерительных сигналов, опорный, сигнальный и управляющий входы которого подсоединены соответственно к опорному и сигнальному выходам антенного коммутатора, выходу генератора синхроимпульсов, а выход – к входу приемника, запоминающее устройство амплитуд сигналов, вход которого подсоединен к выходу блока определения амплитуд сигналов, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов, четыре входа и пара выходов которого подсоединены соответственно к четырем выходам, запоминающего устройства амплитуд сигналов и паре входов вычислителя пеленга, при этом блок определения амплитуд сигналов снабжен управляющим выходом, подсоединенным к управляющим входам запоминающего устройства амплитуд сигналов, вычислителя комплексных амплитуд пар сигналов, вычислителя пеленга, блок формирования измерительных сигналов выполнен с возможностью последовательного в первом, втором, третьем и четвертом интервалах упомянутого единого промежутка времени формирования на его выходе соответственно первого сигнала с его опорного входа, второго сигнала с его сигнального входа, третьего сигнала, равного сумме сигналов с опорного входа и сигнального входа, и четвертого сигнала, равного сумме сигнала с сигнального входа и сигнала с опорного входа, фаза которого задержана на 90^o, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход блока формирования измерительных сигналов для формирования в упомянутых интервалах единого промежутка времени указанных первого, второго, третьего и четвертого сигналов и формирования на первом, втором, третьем и четвертом выходах запоминающего устройства амплитудных значений B₁, В₂, В₃ и В₄ этих сигналов, а вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов выполнен с возможностью вычисления комплексной амплитуды для каждой пары сигналов в соответствии с выражением

где B₁, В₂, В₃ и В₄ – значения амплитуд сигналов, поступающих на его первый, второй, третий и четвертый входы соответственно.

5. Пеленгатор по п. 4, отличающийся тем, что блок формирования измерительных сигналов выполнен из пяти коммутаторов: первого, второго и третьего коммутаторов, каждый из которых выполнен с возможностью подключения его входа к одному из пары его выходов, четвертого коммутатора, выполненного с возможностью подключения его выхода к одному из пары его входов, пятого коммутатора, выполненного с возможностью подключения его выхода к одному из трех его входов, из фазовращателя и из сумматора, причем первый и второй выходы первого коммутатора подсоединены соответственно к первому входу четвертого коммутатора и входу фазовращателя, выход которого подсоединен к второму входу четвертого коммутатора, выход которого подсоединен к входу второго коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к первому входу пятого коммутатора и первому входу сумматора, первый и второй выходы третьего коммутатора подсоединены соответственно к второму входу пятого коммутатора и второму входу сумматора, выход которого подсоединен к третьему входу пятого коммутатора, управляющие входы всех пяти коммутаторов подсоединены к управляющему входу блока формирования измерительных сигналов, вход первого и вход третьего коммутаторов служат соответственно опорным и сигнальным входами блока формирования измерительных сигналов, а выход пятого коммутатора – выходом блока формирования измерительных сигналов.

РИСУНКИ