Корабельная система радиотехнического контроля

Корабельная система радиотехнического контроля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пассивного обнаружения источников радиоизлучений и измерения направления на источник излучения и частоты излучаемых радиосигналов.

Известна система радиотехнического контроля, описанная 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. Она 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-измерительное устройство (ЧИУ), а также ряд частотных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно включенные детектор, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), входы частотных каналов соединены с выходами ЧИУ, а выходы - со входами измерителя частоты. Тракт измерения направления содержит вычислитель и N приемных каналов (ПК), каждый из которых включает в себя последовательно включенные приемную антенну, УВЧ, детектор, видеоусилитель и АЦП, фокальные оси антенн сдвинуты относительно друг друга таким образом, что диаграммы направленности (ДН) антенн в сумме перекрывают сектор 360°.

Недостатками этой системы являются низкая точность пеленгования, обусловленная неидентичностью приемных каналов пеленгатора, и сложность, обусловленная наличием отдельной приемной антенны и УВЧ для тракта измерения частоты.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является корабельная система радиотехнического контроля, защищенная свидетельством на полезную модель №29783, кл G 01 S 5/28, Н 04 К 3/00, содержащая N приемных каналов (ПК), установленных побортно, по N/2 с каждого борта, сумматор сигналов четных ПК, сумматор сигналов нечетных ПК, ЧИУ четных ПК, ЧИУ нечетных ПК, устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений, 2N дополнительных антенн, установленных побортно, по N с каждого борта, четыре коммутатора, четыре УВЧ и два интерферометра. В ней каждый из ПК содержит последовательно включенные приемную антенну, УВЧ, делитель мощности, второй выход которого является первым выходом канала, и приемник, выход которого является вторым выходом канала.

ДН основных (входящих в состав ПК) антенн в плоскости пеленгования пересекаются на уровне 0,5 и в сумме перекрывают сектор 360°. Входы сумматора сигналов четных ПК соединены с первыми выходами четных ПК, а выход - со входом ЧИУ четных ПК. Входы сумматора сигналов нечетных ПК соединены с первыми выходами нечетных ПК, а выход - со входом ЧИУ нечетных ПК. Первые N входов устройства аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений соединены со вторыми выходами ПК, (N-1)-й вход - с выходом ЧИУ четных ПК, (N+2)-й вход - с выходом ЧИУ нечетных ПК, (М+3)-й вход - с выходом первого интерферометра, (№-4)-й выход - с выходом второго интерферометра, а выход - с управляющими входами коммутаторов. Сигнальные входы первого и второго коммутаторов соединены с выходами дополнительных антенн левого борта, а выходы - со входами соответственно первого и второго УВЧ, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого интерферометра. Сигнальные входы третьего и четвертого коммутаторов соединены с выходами дополнительных антенн правого борта, а выходы - со входами соответственно третьего и четвертого УВЧ, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго интерферометра.

В этой системе радиотехнического контроля осуществляется уточнение результатов измерения направления на источник излучения по всем направлениям, отличным от направления "корма-нос корабля" и противоположного ему, поэтому точность пеленгования здесь несколько выше. Однако это уточнение пеленга осуществляется за счет введения 2N дополнительных антенн, что делает систему сложной и труднореализуемой, в особенности на кораблях малого водоизмещения.

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 системы радиотехнического контроля и повышение точности пеленгования.

Поставленная цель достигается тем, что в известную корабельную систему радиотехнического контроля, содержащую N ПК, установленных побортно, по N/2 с каждого борта, сумматор сигналов четных ПК, сумматор сигналов нечетных ПК, ЧИУ четных ПК, ЧИУ нечетных ПК, устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений, два коммутатора и два УВЧ, в которой каждый из ПК содержит последовательно включенные приемную антенну, УВЧ, делитель мощности, второй выход которого является первым выходом ПК, и приемник, выход которого является вторым выходом ПК, ДН приемных антенн в плоскости пеленгования пересекаются на уровне не менее 0,5 и в сумме перекрывают сектор 360°, входы сумматора сигналов четных ПК соединены с первыми выходами четных ПК, а выход - со входом ЧИУ четных ПК, входы сумматора сигналов нечетных ПК соединены с первыми выходами нечетных ПК, а выход - со входом ЧИУ нечетных ПК, первые N входов устройства аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений соединены со вторыми выходами ПК, (N+1)-й вход - с выходом ЧИУ четных ПК, (N+2)-й вход - с выходом ЧИУ нечетных ПК, а выход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены со входами соответственно первого и второго УВЧ, введен измеритель разности фаз, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго УВЧ, делители мощности ПК выполнены четырехканальными, третьи и четвертые выходы делителей ПК являются соответственно третьими и четвертыми выходами ПК, центры раскрыва приемных антенн разнесены в плоскости пеленгования на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемых сигналов, третьи выходы с первого по N-ый ПК соединены соответственно с первым по N-ый сигнальными входами первого коммутатора, N-ый сигнальный вход второго коммутатора соединен с четвертым выходом первого ПК, четвертые выходы со второго по N-ый ПК соединены соответственно с первым по (N-1)-ый сигнальными входами второго коммутатора, а выход измерителя разности фаз соединен с (N+3)-им входом устройства аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений.

Совокупность вновь введенных конструктивных особенностей антенн и делителей мощности вновь введенных измерителя разности фаз и его связей, а также связей ПК с коммутаторами не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемую систему радиотехнического контроля следует считать новой и имеющей изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - структурная схема предлагаемой системы;

на фиг.2 - взаимное расположение источника радиосигнала, двух антенн, которыми принимается радиосигнал, и их ДН.

Структурная схема станции приведена применительно к случаю, когда число ПК N=8.

Система радиотехнического контроля содержит 8 ПК, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны 1, УВЧ 2, четырехканального делителя 3 мощности и приемника 4, сумматор 5 сигналов четных ПК, сумматор 6 сигналов нечетных ПК, ЧИУ 7 четных ПК, ЧИУ 8 нечетных ПК, устройство 9 аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений, коммутаторы 10 и 11, УВЧ 12 и 13 и измеритель 14 разности фаз.

Выходы приемников 4, являющиеся вторыми выходами ПК, соединены с первыми восемью входами устройства 9. Вторые, третьи и четвертые выходы делителей 3 являются соответственно первыми, третьими и четвертыми выходами ПК. Первые выходы первого, третьего, пятого и седьмого ПК соединены со входами сумматора 6, выход которого соединен со входом ЧИУ 8. Первые выходы второго, четвертого, шестого и восьмого ПК соединены с входами сумматора 5, выход которого соединен со входом ЧИУ 7. Выходы ЧИУ 7 и 8 соединены соответственно с девятым и десятым входами устройства 9, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов 10 и 11. Третьи выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого ПК соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым сигнальными входами коммутатора 10, выход которого соединен со входом УВЧ 12. Четвертый выход первого ПК соединен с восьмым сигнальным входом коммутатора 11, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой сигнальные входы которого соединены с четвертыми выходами соответственно второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого ПК. Первый и второй входы измерителя 14 соединены с выходами УВЧ 12 и 13 соответственно, а выход - с одиннадцатым входом устройства 9.

Приемные антенны 1 ПК расположены равномерно по окружности, приемные антенны первого, второго, третьего и четвертого ПК установлены на левом борту корабля, а приемные антенны пятого, шестого, седьмого и восьмого ПК - на правом. Фокальные оси соседних приемных антенн сдвинуты на угол ϑ=45° в плоскости пеленгования. ДН приемных антенн имеют ширину в плоскости пеленгования не менее 45°. Пересекаясь на уровне не менее 0,5, они перекрывают в сумме сектор 360°. Центры раскрыва соседних приемных антенн разнесены в плоскости пеленгования на расстояние d, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемого радиосигнала.

Работа системы радиконтроля заключается в следующем.

Излучаемый радиосигнал в общем случае принимается на достаточном для обнаружения уровне как минимум двумя приемными антеннами 1, ориентированными в сторону источника излучения.

Принятые приемными антеннами 1 соседних ПК сигналы усиливаются УВЧ 2 и поступают в делители мощности 3, где делятся на четыре части.

Первая часть со второго выхода делителя мощности 3 поступает в приемник 4, где измеряется амплитуда и другие параметры принятого сигнала. Результаты измерения с выхода приемника поступают в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9.

Вторая часть принятого сигнала с первого выхода делителя мощности 3 поступает в сумматор сигналов четных ПК 5 или сумматор сигналов нечетных ПК 6. Пораздельное суммирование сигналов четных и нечетных приемных каналов позволяет исключить ошибки в измерении их частоты. В сумматорах сигналов четных ПК 5 и сигналов нечетных ПК 6 сигналы несмежных каналов суммируются, и результаты суммирования поступают в ЧИУ четных ПК 7 и нечетных ПК 8. В ЧИУ четных ПК 7 и нечетных ПК 8 осуществляется измерение несущей частоты f принятого сигнала, и результаты измерения поступают в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9.

Третья часть принятого сигнала с третьего выхода делителя мощности 3 поступает на соответствующий данному ПК сигнальный вход коммутатора 10, а четвертая часть с четвертого выхода делителя мощности 3 - на соответствующий сигнальный вход коммутатора 11.

Грубая оценка пеленга Θ_А амплитудным методом осуществляется устройством аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 на основании сравнения амплитуд сигналов, измеренных приемником 4. Оценка ведется по формуле

где U₁ и U₂ - два наибольших значения амплитуд принятого сигнала из поступивших в устройство 9 от приемников 4;

k - крутизна пеленгационной характеристики, определяемая крутизной рабочего участка ДН приемной антенны 1 и коэффициентом передачи ПК;

Θ_А - значение пеленга, отсчитываемое по часовой стрелке от равносигнального направления (РСН) - направления, делящего пополам угол (между фокальными осями антенны 1, имеющими минимальные отклонения от направления на источник радиосигнала.

Если направление на источник излучения точно совпадает с фокальной осью одной из приемных антенн 1, то из ПК с этой приемной антенной в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 поступит максимальное значение U_max амплитуды. Кроме того, из соседних ПК в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 поступят два одинаковых значения амплитуды, наиболее близких к U_max. В этом случае значение Θ_А принимается равным ϑ/2, а в качестве РСН принимается направление, делящее пополам угол между направлением на источник радиосигнала и фокальной осью антенны ПК, наиболее близкого слева к ПК с максимальным сигналом.

Расчет по формуле (1) дает значение истинного пеленга (с большой погрешностью, обусловленной наличием разноса d центров раскрыва приемных антенн 1, неидентичностью их ДН и погрешностью измерения амплитуд U₁ и U₂.

Одновременно с вычислением значения Θ_А устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 формирует на своем выходе сигнал управления, под действием которого коммутаторы 10 и 11 подключают ко входам УВЧ 12 и 13 высокочастотные сигналы с выходов делителей мощности 3 тех ПК, в которых амплитуды сигналов равны U₁ и U₂, т.е. сигналы двух тех смежных ПК, фокальные оси антенн которых имеют минимальные отклонения от направления на источник радиосигнала. Эти сигналы усиливаются УВЧ 12 и 13 и поступают на входы измерителя разности фаз 14. Измеритель разности фаз 14 измеряет разность фаз Δϕ поступивших на его входы сигналов, и результат измерения с его выхода поступает в устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9.

Измеренная разность фаз определяется разностью расстояний между источником излучения и центрами раскрыва ближайших к этому источнику приемных антенн 1. В соответствии с фиг.2, учитывая, что d≪R, можно записать

R₁=R+0,5dsinΘ;

R₂=R-0,5dsinΘ.

Разность фаз между принятыми этими приемными антеннами сигналами составит

где с=3·10⁸ м/с - скорость света.

Фактическая разность фаз Δϕ_ф может в разы превышать 2π. Измеритель разности фаз 14 не реагирует на целую часть отношения , а измеряет только остаток от деления Δϕ_ф на 2π. Фактическая Δϕ_ф и измеренная Δϕ разности фаз связаны соотношением

Δϕ_ф=Δϕ+2πn,

где n=0, ±1, ±2,... ±m;

m - целая часть величины

Поэтому уравнение (2) следует записать в виде

или

Уравнение (3) содержит неопределенность - одному значению измеренной разности фаз Δϕ соответствует 2m+1 значений пеленга Θ.

Для разрешения этой неопределенности в устройстве аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 рассчитываются в соответствии с уравнением (3) все эти значения или часть их, сравниваются со значением Θ, рассчитанным по формуле (1), и ближайшее к нему принимается в качестве результата пеленгования.

Заявляемая система радиотехнического контроля легко реализуема.

В качестве приемных антенн 1 может быть использована рупорная антенна [Антенны УКВ. Под ред. Айзенберга Г.З., часть 1. М.: Связь, 1977 г., с.254].

В качестве УВЧ 2, 12 и 13 могут быть использованы серийно выпускаемые модули СВЧ М421192 6М2 030.373ТУ, НПП "Исток" г.Фрязино.

Четырехканальные делители мощности 3, сумматоры сигналов четных 5 и нечетных 6 приемных каналов выполняются на базе согласованных шестиполосных делителей мощности [Устройства СВЧ. Под редакцией Сазонова Д.М. М.: Высшая школа, 1981, с.105, рис.3.5].

Приемник 4 может быть реализован по схеме прямого усиления [Радиоприемные устройства. Под ред. Жуковского А.П. М.: Высшая школа, 1989, с.8, рис.1.14].

Частотно-избирательные устройства четных 7 и нечетных 8 приемных каналов могут быть выполнены на основе резонансных отрезков линий передачи полосно-пропускающих фильтров, коммутаторы 10 и 11 - на основе диодных СВЧ-выключателей [Устройства СВЧ. Под редакцией Сазонова Д.М. М.: Высшая школа, 1981, с.170, рис.3.8 - частотно-избирательные устройства 7, 8, с.256, рис.8.13 - коммутаторы 10, 11].

Устройство аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений 9 реализуется на базе аналого-цифрового преобразователя [Гиттис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. Изд.2-е. М.: Энергия, 1970, с.68, рис.2.4] и программируемых логических интегральных схем [Э.В.Чекрыгин и др. Информационно-измерительная система источников радиоизлучений. Научно-технический сборник "Вопросы специальной радиоэлектроники", серия ОВР. Москва - Таганрог, 2003, с.7-14, рис.1].

Измеритель разности фаз 14 может быть выполнен на базе цифровых фазометров, (см., например, Соловьев В.Я. "Фазовые измерения". М., 1973 г., с.27-45).

Нетрудно видеть, что заявляемая система радиотехнического контроля значительно проще системы-прототипа, так как содержит втрое меньше приемных антенн. Кроме того, она имеет более высокую точность пеленгования, так как точное значение пеленга определяется фазовым методом, что исключает погрешность из-за неидентичности антенн и ошибки измерения амплитуд принимаемых сигналов.

Корабельная система радиотехнического контроля, содержащая N приемных каналов, установленных побортно, по N/2 с каждого борта, сумматор сигналов четных приемных каналов, сумматор сигналов нечетных приемных каналов, частотно-измерительное устройство четных приемных каналов, частотно-измерительное устройство нечетных приемных каналов, устройство аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определения пеленга на источник радиоизлучения, два коммутатора и два усилителя высокой частоты, в которой каждый из приемных каналов содержит последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, делитель мощности, второй выход которого является первым выходом приемного канала, и приемник, выход которого является вторым выходом приемного канала, диаграммы направленности приемных антенн в плоскости пеленгования пересекаются на уровне не менее 0,5 и в сумме перекрывают сектор 360°, входы сумматора сигналов четных приемных каналов соединены с первыми выходами четных приемных каналов, а выход - со входом частотно-измерительного устройства четных приемных каналов, входы сумматора сигналов нечетных приемных каналов соединены с первыми выходами нечетных приемных каналов, а выход - со входом частотно-измерительного устройства нечетных приемных каналов, первые N входов устройства аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определения пеленга на источник радиоизлучения соединены со вторыми выходами приемных каналов, (N+1)-й вход - с выходом частотно-измерительного устройства четных приемных каналов, (N+2)-й вход - с выходом частотно-измерительного устройства нечетных приемных каналов, а выход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены со входами соответственно первого и второго усилителей высокой частоты, отличающаяся тем, что в нее введен измеритель разности фаз, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей высокой частоты, делители мощности приемных каналов выполнены четырехканальными, третьи и четвертые выходы делителей мощности являются соответственно третьими и четвертыми выходами приемных каналов, центры раскрыва приемных антенн разнесены в плоскости пеленгования на расстояние, примерно на порядок превышающее длину волны контролируемых сигналов, третьи выходы с первого по N-й приемных каналов соединены соответственно с первым по N-й сигнальными входами первого коммутатора, N-й сигнальный вход второго коммутатора соединен с четвертым выходом первого приемного канала, четвертые выходы со второго по N-й приемных каналов соединены соответственно с первым по (N-1)-й сигнальными входами второго коммутатора, а выход измерителя разности фаз соединен с (N+3)-м входом устройства аналого-цифрового преобразования результатов измерений и определени пеленга на источник радиоизлучения.