Способ автоматизированного контроля источников радиоизлучений

Способ автоматизированного контроля источников радиоизлучений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга и частоты источника радиосигналов в системах автоматизированного определения радиоизлучений.

Известен амплитудный способ пеленгования, основанный на приеме сигнала источника радиоизлучения двумя антеннами с общим центром раскрыва, фокальные оси которых сдвинуты одна относительно другой примерно на ширину диаграммы направленности (ДН), измерении амплитуд сигналов на выходах антенн и последующем их сравнении [А.И.Леонов, К.И.Фомичев. Моноимпульсная радиолокация - М., Сов. Радио, 1984, с.6, рис.1.1а].

Недостатком этого способа является низкая при приемлемом секторе пеленгования точность, обусловленная неидентичностью приемных каналов и нелинейностью рабочих участков ДН антенн, необходимых для реализации способа.

Значительно большую точность дает фазовый способ пеленгования, основанный на приеме сигнала источника радиосигнала двумя антеннами, фокальные оси которых совпадают по направлению, а центры раскрыва разнесены в пространстве, и последующем измерении фазового сдвига между принятыми сигналами на выходах антенн [А.И.Леонов, К.И.Фомичев. Моноимпульсная радиолокация - М., Сов. Радио, 1984, с.6, 7, рис.1.1б].

Недостатком этого способа является неоднозначность результатов пеленгования при большой ширине ДН антенн. Уменьшение же ширины ДН антенн ведет к соответствующему уменьшению сектора пеленгования, обеспечиваемому двумя антеннами, либо к увеличению числа антенн и приемных каналов, что крайне затруднительно при создании бортовых средств автоматизированного контроля источников радиоизлучений.

Другим недостатком этого способа является относительно низкая точность пеленгования, обусловленная отличием истинной длины волны контролируемого сигнала от расчетной, для устранения которого необходимо вводить поправки по частоте.

Третьим недостатком этого способа, присущим и указанному выше амплитудному способу, являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что в средствах автоматизированного контроля источников радиоизлучений часто необходимо знать не только пеленг на источник радиосигнала, но и частоту последнего, а описанные выше способы пеленгования определить эту частоту не позволяют.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является прототип [Свидетельство на полезную модель №29783, МПК 7 G 01 S 3/18, H 04 K 3/00, публ. 2003 г.]. Принцип работы его заключается в следующем.

Контролируемый сигнал источника излучения принимается двумя основными антеннами, фокальные оси которых сдвинуты одна относительно другой в плоскости пеленгования примерно на ширину ДН. Измеряют частоту и амплитуду принятых этими антеннами сигналов и производят грубую оценку пеленга путем сравнения измеренных амплитуд.

Кроме того, этот же контролируемый сигнал принимают двумя парами дополнительных антенн, ДН которых уже, чем у основных, а фокальные оси сдвинуты в плоскости пеленгования по разные стороны от фокальных осей основных. Измеряют амплитуды принятых дополнительными антеннами сигналов и путем их сравнения, учитывая результаты грубой оценки пеленга источника радиоизлучения, вычисляют его уточненное значение.

Недостатком этого прототипа является сложность реализации из-за большого количества антенн и приемных каналов для измерения амплитуд принятых антеннами сигналов.

Кроме того, точность пеленгования прототипа остается недостаточно высокой из-за неидентичности ДН антенн и приемных каналов.

Целью изобретения является повышение точности пеленгования и упрощение реализации прототипа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном прототипе, реализуемом в средстве автоматизированного контроля источников радиоизлучений [Свидетельство на ПМ №29783 МПК7, G 01 S 3/28, H 04 K 3/00], основанном на приеме сигнала источника радиоизлучений двумя антеннами, фокальные оси которых сдвинуты одна относительно другой в плоскости пеленгования примерно на ширину ДН, измерении частоты и амплитуды принятых антеннами сигналов и грубой оценке пеленга источника радиосигнала путем сравнения амплитуд принятых антеннами сигналов, центры раскрыва антенн разносят в плоскости пеленгования на расстояние, в 5-10 раз превышающее длину волны контролируемого сигнала, грубую оценку пеленга источника радиосигнала осуществляют путем вычисления отношения разности амплитуд принятых антеннами сигналов к их сумме, одновременно с измерением частоты и амплитуды принятых антеннами сигналов измеряют фазовый сдвиг между ними, вычисляют несколько значений пеленга источника радиосигнала по измеренной разности фаз по формуле

где Θ - вычисляемое значение пеленга, отсчитываемое от перпендикуляра к прямой, соединяющей центры раскрыва антенн;

d - расстояние между центрами раскрыва антенн;

с=3·10⁸ м/с - скорость света;

f - измеренная частота радиосигнала;

Δϕ - измеренная разность фаз сигналов с выходов антенн;

n - 0,±1, ±2...±k, где k - целое число, сравнивают их с грубой оценкой пеленга, выбирают значение пеленга из вычисленных по разности фаз наиболее близкое к определенному по отношению разности амплитуд к их сумме, и принимают его в качестве пеленга на источник радиосигнала, при этом значение k выбирают из условия, чтобы значение Θ по модулю не превышало значения половины углового сдвига между фокальными осями антенн.

Совокупность вновь введенных операций с контролируемым радиосигналом и вычислений не следует явным образом из уровня техники, поэтому заявляемый способ следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведено взаимное положение источника радиосигнала и центров раскрыва антенн А1 и А2, а также ДН последних.

Центры раскрыва антенн А1 и А2 устройства, реализующего заявляемый способ, разнесены на расстояние d, а их фокальные оси образуют между собой угол ϑ, не превышающий ширину их ДН.

С помощью двух антенн А1 и А2 пеленгование радиоизлучений осуществляется в секторе углов ϑ. Для расширения сектора пеленгования требуется соответствующее увеличение числа приемных каналов.

Пеленг источника радиоизлучения Θ отсчитывается от перпендикуляра к базе d, проведенного через ее середину.

Сигнал источника излучения принимается антеннами А1 и А2, усиливается антеннами, сигналы с их выходов поступают на входы приемного устройства, где измеряется их частота f, разность фаз Δϕ и амплитуды U₁ и U₂. Для измерения частоты f и разности фаз Δϕ сигналы с выходов антенн А1 и А2 дополнительно усиливают, а для измерения амплитуд U₁ и U₂, кроме того, еще и детектируют.

Поскольку фокальные оси антенн образуют между собой угол ϑ, амплитуды U₁ и U₂ в общем случае будут разными, в данном, соответствующем чертежу, случае U₂>U₁. Это позволяет осуществить грубое определение пеленга амплитудньм методом. Для этого вычисляют разность U₂-U₁ и сумму U₁+U₂, а пеленг Θ_A определяют из соотношения

где К - крутизна пеленгационной характеристики, определяемая крутизной рабочего участка ДН антенн А1 и А2 и коэффициентами передачи приемных каналов.

Расчет по формуле (2) дает значение пеленга с большой погрешностью, обусловленной наличием пространственного разноса d центров раскрыва антенн, неидентичностью их ДН и погрешностью измерения амплитуд U₁ и U₂.

Измеренная разность фаз определяется разностью расстояний R1 и R2 между источником излучения и центрами раскрыва антенн. В соответствии с чертежом, учитывая, что d<<R, можно записать

R₁=R+0,5dsinΘ,

R₂=R-0,5dsinΘ

Тогда разность фаз между принятыми антеннами А1 и А2 сигналами составит

Фактическая разность фаз Δϕ может значительно (в разы) превышать 1π. Реальный измеритель разности фаз не реагирует на целую часть отношения , а измеряет только остаток от деления Δϕ на 2π. Фактическая Δϕ и измеренная Δϕ разности фаз связаны соотношением

Δϕ_Ф=Δϕ+2πm,

где n=0,±1, ±2...±k,

k - целая часть величины .

Поэтому уравнение (3) следует записать в виде

или

Полученное уравнение совпадает с уравнением (1).

Оно содержит неопределенность - одному значению разности фаз Δϕ соответствует 2k+1 значений пеленга Θ.

Для разрешения этой неопределенности с помощью вычислителя все эти значения рассчитывают и сравнивают со значением Θ_A, рассчитанным в соответствии с уравнением (2), и наиболее близкое из них принимают в качестве результата пеленгования.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет, используя комбинацию амплитудного и фазового методов пеленгования, определить пеленг источника контролируемого радиосигнала и частоту последнего. При этом в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, отсутствует погрешность из-за нелинейности рабочих участков ДН антенн и неидентичности приемных каналов. Это повышает точность предлагаемого способа по сравнению с прототипом.

Кроме того, предлагаемый способ более прост в реализации, так как требует для реализации средства автоматизированного контроля источников радиоизлучений на его основе втрое меньше антенн и приемных каналов.

Предлагаемый способ достаточно легко реализуем.

В качестве антенн могут служить рупорные антенны [Антенны УКВ. Под ред. Г.З.Айзенберга, часть 1. М.: \Связь\, 1977, с.254].

В качестве измерителей амплитуды могут быть использованы логарифмические усилители и аналого-цифровые преобразователи, измерителей частоты - частотно-избирательное устройство на однорезонаторных направленных фильтрах с функциональной обработкой откликов выходных сигналов на программируемых логических интегральных схемах [Э.В.Чекрыгин, В.М.Андреев, В.В.Байлов, В.И.Заветный, М.Н.Крючков. Информационно-измерительная система источников радиоизлучений. Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР. Москва-Таганрог, вып.1, 2003, с.7-14].

В качестве измерителя разности фаз (времени задержки) может быть использован цифровой тюнер типа АРК-ЦТ с дистанционным управлением, сочетающий функции частотной селекции в широком диапазоне частот и цифровой обработки результатов измерений в реальном масштабе времени [А.М.Рембовский. Многофункциональные комплексы радиоконтроля выявления каналов утечки информации компании \ИРКОС\. Системы безопасности, связи и телекоммуникаций. Межотраслевой тематический каталог. М.: 1998, с.34-35; А.М.Рембовский. Отечественные комплексы радиоконтроля и выявления каналов утечки информации: многофункциональность и высокие показатели. Системы безопасности, связи и телекоммуникаций. М.; 1998 (май-июнь), с.48-49] или измеритель на базе структуры в [В.С.Баландин и др. Перспективы развития приемных устройств радиоэлектронной борьбы. Зарубежная радиоэлектроника, 1987, с.212, рис.8, 7].

Вычислители могут быть выполнены на серийно выпускаемых компонентах [Г.Р.Аванесян, В.П.Левшин. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ. М.: Машиностроение, 1993] или на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).

Способ автоматизированного контроля источников радиоизлучений, основанный на приеме сигнала источника радиоизлучения двумя антеннами, фокальные оси которых сдвинуты одна относительно другой в плоскости пеленгования примерно на ширину диаграммы направленности, измерении частоты и амплитуд принятых сигналов и грубой оценке пеленга источника радиосигнала путем сравнения амплитуд принятых антеннами сигналов, отличающийся тем, что центры раскрыва антенн разносят в плоскости пеленгования на расстояние, в 5-10 раз превышающее длину волны контролируемого сигнала, грубую оценку пеленга источника радиосигнала осуществляют путем вычисления отношения разности амплитуд принятых антеннами сигналов к их сумме, одновременно с измерением частоты и амплитуд принятых антеннами сигналов измеряют фазовый сдвиг между ними, вычисляют несколько значений пеленга источника радиосигналов по измеренной разности фаз по формуле

где Θ - вычисляемое значение пеленга, отсчитываемое от перпендикуляра к прямой, соединяющей центры раскрыва антенн;

d - расстояние между центрами раскрыва антенн;

с=3·10⁸ м/с - скорость света;

f - измеренная частота радиосигнала;

Δϕ - измеренная разность фаз сигналов с выходов антенн;

n - 0, ±1, ±2...k,

k - целое число,

сравнивают их с грубой оценкой пеленга, выбирают значение пеленга из вычисленных по разности фаз, наиболее близкое к определенному по отношению разности амплитуд к их сумме, и принимают его в качестве пеленга на источник радиосигнала, при этом значение k выбирают из условия, чтобы значение Θ по модулю не превышало углового сдвига между фокальными осями антенн.