Пеленгатор источника радиоизлучения с широкоугольным коническим сканированием

Пеленгатор источника радиоизлучения с широкоугольным коническим сканированием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемый пеленгатор с широкоугольным коническим сканированием относится к области радиолокации и предназначен для определения угловых координат локационного объекта, являющегося источником радиоизлучения (ИРИ) или отражения радиоволн, одновременно в двух плоскостях пеленгации - азимутальной и угломестной.

Пеленгаторы, определяющие угловые координаты ИРИ за счет последовательного по времени изменения ориентации одного антенного луча, широко известны. Их главное преимущество состоит в простоте технической реализации радиолокационного приемника радиоизлучения, который, в отличие от аналогичных приемников моноимпульсных пеленгаторов [1], является одноканальным.

Известны двухплоскостные пеленгаторы [2, 3], которые выделяют информацию о двух угловых координатах ИРИ на основе последовательного по времени четырехтактного переключения ориентации одного узкого антенного луча («игольчатого» или «карандашного» типа) по четырем направлениям. Эти четыре направления имеют одинаковую широту углового смещения относительно опорного или равносигнального направления (РСН). (Для рассматриваемых пеленгаторов под РСН понимается направление, на котором равны сигналы, принимаемые последовательно по каждому из отстоящих друг относительно друга по времени направлений ориентации антенного луча). Указанные четыре направления расположены парами в азимутальной и угломестной плоскостях, причем каждая такая пара симметрична относительно РСН. В каждой плоскости пеленгации (азимутальной или угломестной) два направления ориентации антенного луча смещены друг относительно друга на угол, который обычно выбирается равным ширине диаграммы направленности (ДН) антенного луча по уровню половинной мощности [2, 3]. Таким образом, за четыре такта переключения ориентации антенного луча образуется пара азимутальных и пара угломестных пространственных каналов приема, которые разделяются с помощью временного стробирования. В результате попарного сравнения (вычитания) амплитуд сигналов двух азимутальных и двух угломестных пространственных каналов приема формируются оценки соответствующих угловых отклонений ИРИ относительно РСН по азимуту и по углу места (или угловых координат ИРИ, отсчитываемых относительно РСН).

В широко известном методе конического сканирования [2-8] последовательное четырехтактное переключение ориентации одного осесимметричного антенного луча заменено на непрерывное изменение направления его оси. При этом перемещение данной оси описывает в пространстве коническую поверхность с вершиной, находящейся в фазовом центре приема антенны, а ось такой конической поверхности совпадает с РСН. С целью независимого выделения оценок азимута и угла места ИРИ низкочастотная огибающая принимаемого сигнала ИРИ детектируется относительно двух ортогональных опорных сигналов проводимого конического сканирования. Варианты реализации метода конического сканирования представлены во многих печатных изданиях по радиолокации, например, в [2-8].

В известных реализациях метода конического сканирования используется осесимметричный антенный луч «карандашного» типа. Ширина этого антенного луча определяет раствор конической области пространства, в которой возможна пеленгация ИРИ и однозначны оценки двух его угловых координат (т.е. конической области пеленгации ИРИ). Очевидно, что расширение раствора такой области может быть обеспечено за счет увеличения ширины антенного луча, причем одновременно по двум ортогональным плоскостях его сечения (в силу осевой симметрии данного луча). Однако, такой технический прием влечет за собой значительный рост погрешности пеленгации ИРИ как ввиду снижения коэффициента усиления антенны, так и ввиду падения крутизны ската ДН антенного луча. Отсюда следует, что возможность расширения конической области пеленгации ИРИ ограничена значительными потерями в точности пеленгации ИРИ.

Под широкоугольным коническим сканированием будем понимать перемещение антенного луча по конической поверхности, раствор которой значительно превосходит минимальную ширину сечения данного луча (по уровню половинной мощности).

Известно широкоугольное сканирование, осуществляемое по линейному закону и применяемое в обзорных радиолокационных системах [2, 3, 8, 9], например, в радиолокационных станциях панорамного обзора. К такому типу широкоугольного сканирования привязаны методы пеленгации, основанные на линейном перемещении антенного луча в одной плоскости. Наиболее распространенными из них являются амплитудные методы выделения угловой координатной информации из временного положения огибающей принимаемого радиолокационного сигнала, который промодулирован линейно сканирующим антенным лучом. Технические реализации методов пеленгации обзорных радиолокационных систем представлены структурами и соответствующими алгоритмами в литературных источниках [2, 3, 7-9], где данные методы разделены согласно используемым процедурам оценки информационного временного параметра. Наряду с этим, известно также и применение фазовых методов пеленгации в обзорных радиолокационных системах, например, метода сканирования фазового центра [3].

Указанным методам пеленгации обзорных радиолокационных систем, основывающимся на линейном типе широкоугольного сканирования, присущи известные недостатки, касающиеся, в частности, малой точности пеленгации ИРИ, что показано в [3, 9]. Кроме того, реализации данных методов в виде структур, относятся, как правило, к одноплоскостной пеленгации (чаще всего - по азимуту).

Наиболее близким по большинству совпадающих с заявляемым пеленгатором существенных признаков, по мнению авторов, является пеленгатор, описанный в [10, с. 252, рис. 9.16].

Главный недостаток указанного пеленгатора-прототипа и известных пеленгаторов, являющихся аналогами заявляемого пеленгатора, состоит в небольшой ширине раствора конической области пеленгация ИРИ, в которой оценки двух его угловых координат однозначны. Использование в известных пеленгаторах осесимметричного антенного луча «карандашного» типа ограничивает возможность расширения раствора конической области пеленгации ИРИ ввиду необходимости соответствующего расширения ДН (причем, одновременно в двух плоскостях), что, как известно, сопряжено со следующими негативными обстоятельствами: а) снижением коэффициента направленного действия (КНД) антенны [11], следовательно, и отношения сигнал/шум (энергетического показателя); б) уменьшением пеленгационной чувствительности [1, 3, 4] (метрического показателя). Совместные потери по энергетическому и метрическому показателям приводят к значительному росту случайной (шумовой, флюктуационной) погрешности оценки каждой из двух угловых координат ИРИ.

В связи с этим, практический интерес представляет пеленгатор, основанный на структурном базисе пеленгатора-прототипа и позволяющий обеспечить наибольшую ширину раствора конической области пеленгации ИРИ при заданном уровне погрешности оценки каждой из двух его угловых координат, т.е. при существенно меньших потерях в точности пеленгации ИРИ по сравнению с пеленгатором-прототипом. Для количественного описания технического результата изобретения принимается мера возможного расширения раствора конической области пеленгации ИРИ при фиксированном среднеквадратическом отклонении (СКО) оценки каждой из двух угловых координат ИРИ от ее истинного значения.

Пеленгатор-прототип (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор опорных сигналов (ГОС), антенну (А) и приемник радиоизлучения (ПРИ), а также первый и второй формирователи сигналов отклонения (ФСО), первые входы которых соединены с выходом приемника радиоизлучения, а их вторые входы соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора опорных сигналов, при этом выходы первого и второго формирователей сигналов отклонения являются выходами пеленгатора-прототипа по азимуту и углу места соответственно.

Работа пеленгатора-прототипа происходит следующим образом.

Сигнал от ИРИ приходит в виде потока мощности, который преобразуется антенной в электрический сигнал на ее выходе. Направление прихода этого потока мощности, являющееся направлением на ИРИ, иллюстрирует фиг. 3 в измерительной декартовой системе координат XYZ, где X0Z и Y0Z - соответственно азимутальная и угломестная плоскости пеленгации.

Из фиг. 3 видно, что пространственное положение ИРИ характеризуется двумя углами θ_X и θ_Y между РСН и проекциями направления на ИРИ на плоскости X0Z и Y0Z соответственно. Наряду с этим, на фиг. 3 показаны также координаты ИРИ в измерительной сферической системе координат (связанной с системой координат XYZ): углы θ и ϕ - соответственно широта и долгота ИРИ. Пару углов θ_X и θ_Y (или θ и ϕ) далее будем считать угловыми координатами ИРИ, отсчитываемыми относительно РСН.

Работа пеленгатора-прототипа синхронизируется управляющим сигналом, который поступает с первого выхода ГОС на вход антенны, являющийся входом позиционирования оси ее луча по углу поворота в плоскости X0Y (по долготе сферической системы координат - фиг. 3). Данный управляющий сигнал задает непрерывное вращение антенного луча «карандашного» типа вокруг РСН (оси 0Z) с круговой частотой Ω, что обусловливает перемещение его оси по конической поверхности, имеющий раствор Θ (фиг. 4).

В дополнение к этому, фиг. 4 иллюстрирует непрерывное изменение угла поворота Ωt оси 0х декартовой системы координат xyz, связанной с антенным лучом, относительной оси 0Х измерительной системы координат XYZ. Поворот осуществляется относительно единой для двух координатных систем xyz и XYZ вертикальной оси РСН, которое совпадает с совмещенными осями 0Z и 0z.

Для описания ДН антенного луча в связанной с ним системе координат xyz будем использовать углы ϑ_x и ϑ_y между осью 0z и проекциями пространственного направления, характеризуемого данными углами, на плоскости x0z и y0z соответственно, аналогично углам θ_X и θ_Y в системе координат XYZ (фиг. 3).

Типичный вид ДН сечения антенного луча «карандашного» типа F₀(ϑ_x,0) в плоскости x0z представлен на фиг. 5. Плоскость x0z является плоскостью, в которой этот антенный луч имеет смещение относительно оси 0z. Это смещение, как видно из фиг. 5, зависит от ширины антенного луча «карандашного» типа Δϑ (по уровню половинной мощности) и может быть принят равным Δϑ/2.

Сигнал ИРИ с выхода антенны поступает на вход ПРИ, где осуществляется его усиление, частотно-временная обработка и выделение низкочастотной огибающей, амплитуда которой изменяется по времени синхронно с перемещением антенного луча. Кроме того, в ПРИ выполняется нормировка принимаемого сигнала ИРИ с помощью автоматической регулировки усиления (АРУ). Инерционность АРУ выбирается из соображений обеспечения неискаженного воспроизведения закона амплитудной модуляции, вносимой перемещением антенного луча [2, 8]. При этом можно считать, что действие АРУ сводится к замене текущего значения амплитуды принимаемого сигнала ИРИ на постоянный коэффициент k_A в полосе частот, которые значительно меньше частоты Ω.

При отношениях сигнал/шум, обеспечивающих нормальное функционирование пеленгатора-прототипа, можно не учитывать небольшое смещение выходного сигнала ПРИ, сопровождающее амплитудное детектирование в условиях внутриприемного шума [12]. Это допущение позволяет описать выходной сигнал ПРИ пеленгатора-прототипа s₀(θ,ϕ,t) как функцию времени и сферических координат ИРИ θ и ϕ (фиг. 3). Использование сферических координат упрощает дальнейшее изложение, при этом ДН перемещающегося антенного луча «карандашного» типа (фиг. 4) выражается с использованием следующих аргументов: F₀(θ,Ωt-ϕ), а принимаемый сигнал ИРИ равен s₀(θ,ϕ,t)=k_AF₀(θ,Ωt-ϕ).

С выхода ПРИ сигнал s_о(θ,ϕ,t) поступает одновременно на первые входы первого и второго ФСО, которые производят обработку соответственно по азимутальной и угломестной плоскостям пеленгации. На вторые входы первого и второго ФСО поступают азимутальный и угломестный опорные сигналы сканирования u_X(t)=UcosΩt и u_Y(t)=UsinΩt со второго и третьего выходов ГОС соответственно, где U - амплитуда опорных сигналов сканирования.

Каждый ФСО выполняет функцию перемножения двух входных сигналов с последующим выделением постоянной составляющей. Такая операция эквивалентна фазовому детектированию, реализуемому фазовым детектором [12, 14].

В результате обработки, проводимой в каждом из двух ФСО, формируются два сигнала, соответствующие оценкам угловых отклонений ИРИ от РСН (двух угловых координат ИРИ): - на выходе первого ФСО для угла θ_X≅θcosϕ в плоскости X0Z, - на выходе второго ФСО для угла θ_Y≅θsinϕ в плоскости Y0Z, где верхний индекс указывает на принадлежность данных оценок пеленгатору-прототипу (здесь и далее).

Оценки и воспроизводятся в виде сигналов на выходах первого и второго ФСО, совпадающих с выходами пеленгатора-прототипа соответственно по азимуту и углу места (фиг. 1), и являются результатом работы пеленгатора-прототипа.

Математические операции, проводимые в первом и втором ФСО на периоде сканирования T=2π/Ω антенного луча, имеют соответствующие записи:

где - амплитудный коэффициент n-й гармоники спектрального разложения [13] сканирующей ДН F₀(θ,Ωt-ϕ) ( - соответственно для первой гармоники), k_S - коэффициент передачи одного ФСО, k_ε=k_Sk_AU - коэффициент пропорциональности для рассматриваемых оценок.

Из (1) видно, что оценки и пропорциональны амплитуде первой гармоники спектрального разложения принимаемого сигнала ИРИ, при этом остальные гармоники данного разложения отсекаются, что аналогичным образом показано в [2].

Зависимость оценки от угла θ_X при θ_Y=0 (ϕ=0), являющаяся пеленгационной характеристикой (ПХ) пеленгатора-прототипа в плоскости X0Z, определяется зависимостью (с точностью до постоянного коэффициента). Аналогично, зависимость оценки от угла θ_Y при θ_X=0 (ϕ=π/2) или ПХ пеленгатора-прототипа в плоскости Y0Z также определяется зависимостью . Следовательно, две указанные ПХ совпадают между собой ввиду тождественности условий их формирования при коническом сканировании.

В силу описанных свойств ПХ, в обосновании технического результата изобретения удобно использовать оценку для широты ИРИ , которая равна . Зависимость оценки от угла θ определена для значений θ≥0 и совпадает с правыми ветвями ПХ по плоскостям X0Z и Y0Z, что следует из (1).

Ранее указывалось, что основным функциональным показателем, отражающим технический результат изобретения, является ширина раствора конической области пеленгации ИРИ, которая определяется расстоянием между минимумом и максимумом ПХ. Поэтому, с целью сравнения заявляемого пеленгатора с пеленгатором-прототипом по основному функциональному показателю можно использовать как одну из центрально симметричных ПХ (в плоскости X0Z или Y0Z), так и соответствующую зависимость оценки широты ИРИ от угла θ.

Технический результат от использования заявляемого пеленгатора состоит в расширении раствора конической области двухплоскостной пеленгации ИРИ при фиксированном уровне погрешности оценки каждой из двух его угловых координат.

Для достижения указанного технического результата в пеленгаторе источника радиоизлучения, содержащем, так же как и пеленгатор-прототип, последовательно соединенные генератор опорных сигналов, антенну и приемник радиоизлучения, а также первый и второй формирователи сигналов отклонения, первые входы которых соединены с выходом приемника радиоизлучения, а их вторые входы соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора опорных сигналов, введено расширение антенного луча в одной плоскости, которая проходит через ось его вращения, а также введены последовательно соединенные блок оценки частоты и формирователь корректирующей компоненты, а также первый и второй блоки масштабирования, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей сигналов отклонения, первый и второй входы блока оценки частоты подключены соответственно к выходу приемника радиоизлучения и четвертому выходу генератора опорных сигналов, вторые входы первого и второго блоков масштабирования совместно подключены к выходу формирователя корректирующей компоненты, а их выходы являются выходами заявляемого пеленгатора.

В известных пеленгаторах, использующих метод конического сканирования, не содержится признаков, отличающих заявляемый пеленгатор от пеленгатора-прототипа. Применение в заявляемом пеленгаторе модифицированного антенного луча вместе с вновь вводимыми блоками и связями позволяет обеспечить расширенный (относительно известных пеленгаторов) раствор конической области пространства, в которой возможна пеленгация ИРИ при фиксированном уровне погрешности оценки каждой из двух его угловых координат.

Во многих практических применениях пеленгаторов, использующих метод конического сканирования, существенное значение имеет ширина раствора конической области пеленгации ИРИ, в которой однозначны оценки его угловых координат. В частности, это относится к ситуации, когда антенна пеленгатора жестко связана с его подвижным носителем (платформой). Пространственные эволюции этого носителя сопровождаются изменениями ориентации антенного луча (например, ввиду непостоянства углов рыскания и тангажа беспилотного летательного аппарата [15]), которые не всегда могут быть полностью скомпенсированы [16, 17].

Изобретение направлено на расширение раствора конической области пеленгации ИРИ, а технический результат изобретения достигается за счет следующих двух черт заявляемого пеленгатора, которые отличают его от пеленгатора-прототипа.

1. Использования широкоугольного конического сканирования антенным лучом «веерного» типа, подобно радиолокационным станциям панорамного обзора [2, 3, 5, 8]. Такой антенный луч имеет расширенную ДН только в одной плоскости, проходящей через ось конической поверхности его перемещения. Результатом сканирования данным антенным лучом является охват широкой конической области пространства, в которой возможна пеленгация ИРИ.

2. Введения в функциональную схему пеленгатора-прототипа новых блоков и связей, обеспечивающих извлечение оценок угловых координат ИРИ с учетом специфики амплитудной модуляции принимаемого сигнала ИРИ, связанной с использованием антенного луча «веерного» типа. Специфика этой модуляции позволяет совместить метод пеленгации, используемый в пеленгаторе-прототипе, с вводимым в заявляемый пеленгатор дополнительным методом, состоящем в оценке времени контакта с ИРИ с целью выделения информации об угловом положении ИРИ в пределах всей широкой конической области сканирования антенного луча «веерного» типа.

Рассмотрим поочередно каждый из двух отмеченных пунктов.

При коническом сканировании ось луча антенны перемещается по конической поверхности, а система координат xyz, связанная с данным антенным лучом, вращается вокруг оси РСН (совпадающей с осями 0z и 0Z) с угловой скоростью Ω относительно измерительной системы координат XYZ, что иллюстрирует фиг. 4 для пеленгатора-прототипа и фиг. 6 - для заявляемого пеленгатора.

Раствор 0 конической поверхности, образуемой за счет перемещения антенного луча «карандашного» типа в пеленгаторе-прототипе (фиг. 4), определяется углом между двумя направлениями оси данного луча в два момента времени, которые отстоят друг от друга на половину периода сканирования Т/2=π/Ω.

Направление Н антенного луча «веерного» типа, перемещение которого формирует коническою поверхность с расширенным раствором Θ (фиг. 6), соответствует дальней (относительно РСН) границе плоского вершинного участка ДН данного луча. При этом раствор Θ определяется как угол между направлением Н и противоположным ему направлением ПН, которое смещено по времени на T/2.

Аналитические связи раствора Θ с параметрами антенных лучей «карандашного» и «веерного» типов нетрудно установить на основе фиг. 5 и 7, где соответственно показаны ДН данных антенных лучей. При описании ДН каждого антенного луча в системе координат xyz используются углы ϑ_x и ϑ_y между осью 0z и проекциями пространственного направления, характеризуемого данными углами, на плоскости x0z и y0z соответственно. Параметры ширины рассматриваемых антенных лучей определяются по уровню половинной мощности: Δϑ_x - в плоскости x0z и Δϑ_y - в плоскости y0z. На фиг. 5 изображено сечение ДН антенного луча «карандашного» типа в плоскости x0z, а на фиг. 7 - сечения ДН антенного луча «веерного» типа: а) в плоскости x0z; б) в плоскости, которая ортогональна плоскости x0z и имеет смещение Δϑ_y/2 по оси ϑ_х.

В случае антенного луча «карандашного» типа, используемого в пеленгаторе-прототипе, справедливо равенство Δϑ_x=Δϑ_y=Δϑ, а из фиг. 5 следует, что раствор Θ равен ширине Δϑ при пересечении ДН F₀(ϑ_x,0) этого антенного луча оси 0z на уровне . (Данное численное значение принято с целью упрощения изложения, хотя возможны и другие численные значения [2, 18]). Величина Δϑ принимается как базовая ширина антенного луча, которая соответствует заданным размерам антенны, длине волны λ, а также амплитудно-фазовому распределению поля в раскрыве антенны. Например: Δϑ≅59λ/d, град - в случае равномерного синфазного возбуждения круглого раскрыва антенны диаметром d [11].

Антенный луч «веерного» типа, использование которого отличает заявляемый пеленгатор от пеленгатора-прототипа, будем характеризовать коэффициентом а, отражающим различие параметров ширины данного луча в плоскостях x0z и y0z в виде: а=Δϑ_х/Δϑ_y.

Формирование ДН антенного луча «веерного» типа может быть реализовано через комбинацию нескольких (минимум - двух) парциальных ДН, имеющих различные смещения в плоскости x0z, пример которых показан на фиг. 7, а пунктиром. При этом каждая такая парциальная ДН описывает антенный луч «карандашного» типа с одним параметром ширины Δϑ, а в результате линейной комбинации нескольких парциальных ДН с различными смещениями только в плоскости x0z нетрудно получить Δϑ_x=aΔϑ. В плоскости, ортогональной плоскости x0z, смещения рассматриваемых парциальных ДН отсутствуют, следовательно: Δϑ_y=Δϑ, что иллюстрирует фиг. 7, б.

С учетом проведенных рассуждений и иллюстрации сечения антенного луча «веерного» типа в плоскости x0z (фиг. 7, а), проходящей через ось конической поверхности сканирования и направление Н (фиг. 6 и 7, а), раствор данной конической поверхности для заявляемого пеленгатора будет равен

Установим далее связь между параметрами ширины двух рассматриваемых типов антенных лучей и погрешностью оценки каждой из двух угловых координат ИРИ (погрешностью пеленгации ИРИ). Наиболее важным показателем данной погрешности считается ее среднеквадратическое отклонение (СКО) σ на РСН [6]. Это СКО для метода конического сканирования, как известно [18], равно

где k_σ - коэффициент пропорциональности для СКО σ, μ - крутизна ската ДН антенного луча на РСН в плоскости x0z, q - отношение сигнал/шум по мощности в полосе приема.

Из фиг. 5 и 7, а видно, что в обоих случаях величина μ обратно пропорциональна ширине Δϑ=Δϑ_y и может быть описана известным [1, 18] выражением: μ=k_μ/Δϑ, где k_μ - коэффициент пропорциональности для μ.

Величину q нетрудно найти по уравнению дальности радиолокации [19] для пассивного режима наблюдения ИРИ (однолучевого приема): q=k_qD, где коэффициент k_q включает в себя все остальные параметры, входящие в уравнение дальности радиолокации (плотность потока мощности сигнала ИРИ, спектральную плотность мощности шума, полосу приема и т.д. [7, 19]); D - коэффициент направленного действия (КНД) антенны.

Связь энергетического параметра КНД с параметрами ширины ДН установим на основе асимптотического выражения из [11], применяемого для практических расчетов. Используя введенный выше параметр а, запишем это выражение в виде:

где k_D≅32000 град² при исчислении углов в град.

Подставляя (4) в пропорциональность для отношения сигнал/шум, определяемую уравнением дальности радиолокации для пассивного режима, имеем:

Таким образом, ширина антенного луча в рассматриваемом контексте является не только метрическим, но и энергетическим параметром, что в обобщенной форме изложено в [20]. Совместное влияние величин Δϑ и a на СКО σ нетрудно описать, подставляя (5) в (3) и выражая крутизну μ через ширину Δλ. Тогда:

где - коэффициент, связывающий СКО погрешности пеленгации ИРИ с параметрами ширины антенного луча.

Анализируя совместно (2) и (6), можно видеть, что увеличение раствора Θ в 2a - 1 раз (при неизменной ширине Δϑ) сопряжено с потерей точности пеленгации ИРИ, выражающейся в увеличении СКО σ в раз. Если считать, что раствор Θ задается через превышение ширины Δϑ в κ раз - в виде Θ=κΔϑ, то соответствующее СКО будет равно:

Описанная взаимосвязь относится только к заявляемому пеленгатору и определяется через параметр а антенного луча «веерного» типа.

В случае пеленгатора-прототипа, имеющего антенный луч «карандашного» типа с параметрами Δϑ_x=Δϑ_y=Δϑ (a=1), желание увеличить раствор Θ в κ раз реализуемо исключительно за счет соответствующего увеличения ширины Δϑ одновременно в двух плоскостях x0z и y0z (ввиду осевой симметрии данного луча), что приводит к: а) уменьшению КНД в κ² раз, соответственно и величины q; б) уменьшению крутизны μ в κ раз. Оба эти обстоятельства согласно (3) влекут за собой существенный рост СКО σ₀ пеленгатора-прототипа, причем:

Сравнение случаев «веерного» и «карандашного» типов антенных лучей, соответствующих заявляемому пеленгатору и пеленгатору-прототипу, можно провести по (7) и (8), исходно задавая допустимую потерю точности пеленгации ИРИ и определяя при этом возможное расширение раствора Θ. Результаты такого сравнения, показывающие возможное расширение раствора Θ для двух рассматриваемых типов антенных лучей, при увеличении СКО погрешности пеленгации ИРИ с шагом 1 дБ представлены в таблице. В последнем столбце данной таблицы приводится количественное выражение технического результата изобретения, определяемое отношением показателей расширения κ в случаях заявляемого пеленгатора и пеленгатора-прототипа.

Результаты расчетов по (7) и (8) говорят о том, что, например, требование двукратного расширения раствора конической области пеленгации ИРИ (κ=2) влечет за собой увеличение СКО σ только в раз (примерно на 1,8 дБ) в случае заявляемого пеленгатора, тогда как в случае пеленгатора-прототипа - очень значительное увеличение СКО σ₀ в 4 раза (или на 12 дБ, поскольку κ²=4), что ограничивает применимость такого типа антенного луча при изложенных выше требованиях к пеленгации ИРИ.

Наряду с положительным эффектом от использования антенного луча «веерного» типа, следует иметь в виду, что технический результат изобретения, представленный в таблице, достигается только при введении в функциональную схему пеленгатора-прототипа новых блоков и связей. Наличие этих блоков и связей определяется необходимостью формирования оценок двух угловых координат ИРИ (в азимутальной и угломестной плоскостях) в пределах всей широкой конической области пространства, охватываемой антенным лучом «веерного» типа при сканировании.

Обращаясь к фиг. 7, а, нетрудно видеть диапазон углов ϑ_x, в пределах которого ДН антенного луча «веерного» типа почти постоянна - имеет плоский вершинный участок. В этом диапазоне углов метод конического сканирования, используемый как и в пеленгаторе-прототипе, дополняется методом извлечения угловой координатной информации об ИРИ, учитывающим специфику амплитудной модуляции принимаемого сигнала ИРИ (вносимой плоском вершинным участком ДН антенного луча «веерного» типа).

Отмеченную специфику амплитудной модуляции нетрудно проследить по фиг. 8, где показаны временные диаграммы принимаемого сигнала ИРИ при трех значениях широты ИРИ θ: а) θ<Δϑ_y/2, б) θ=Δϑ_y/2, в) θ>Δϑ_y/2.

Из фиг. 8, в видно, что в ситуации, когда угол θ выходит за переделы начального наклонного участка рассматриваемой ДН (ската ДН, пересекающего РСН), основная информация о широте ИРИ θ содержится во временном интервале τ - времени контакта с ИРИ. Время τ характеризует продолжительность единичного амплитудного отклика при прохождении «веерным» антенным лучом направления на ИРИ (в пределах одного периода сканирования).

Связь между величинами τ и θ опишем на основе фиг. 9, где пунктиром показано сечение ДН «веерного» луча антенны по уровню половинной мощности в плоскости угловых координат ϑ_x и ϑ_y.

Жирной линией на фиг. 9 выделена дуга контакта с ИРИ. Этот контакт имеет место, когда значение ДН, соответствующее направлению на ИРИ, превышает от своего максимального значения (т.е. превосходит уровень половинной мощности). Из фиг. 9 видно, что дуга контакта с ИРИ ограничена углом φ=2πτ/Т, где Т=2π/Ω - период сканирования.

Углы θ и Δϑ представлены в плоскости угловых координат ϑ_x и ϑ_y отрезками (фиг. 9), которые образуют равнобедренный треугольник. При этом считается, что ширина ДН антенного луча «веерного» типа в плоскости, ортогональной плоскости x0z, равна базовой ширине: Δϑ_y=Δϑ. Исходя из изображенного на фиг. 9 треугольника, имеем: θsin(φ/2)=Δϑ/2, что, с учетом отмеченного выше равенства для угла φ, приводит к выражению:

Для определения времени τ воспользуемся известным [7, 20] методом оценки неэнергетического параметра посредством эквивалентного гармонического представления информационного процесса, в котором содержится данный параметр. Отметим, что на интервале времени τ такой эквивалентный гармонический процесс превышает уровень, равный от своего амплитудного значения. Для гармонического процесса указанное превышение имеет место только на четверти его периода, следовательно:

где - частота эквивалентного гармонического процесса [7, 20] (часто: эффективная ширина [12] или среднеквадратическая частота [21] спектральной плотности указанного процесса); коэффициент "4" обусловлен принятым в качестве порогового для контакта с ИРИ уровнем от максимума ДН; - коэффициент, учитывающий форму сечения ДН антенного луча «веерного» типа в плоскости y0z (предварительно проведенные численные расчеты по реальным ДН круглой антенны показали, что приближенно можно полагать ).

Подстановка (10) в (9) приводит к простому выражению:

где - коэффициент пропорциональности между и θ.

Частота определяется непосредственно принимаемым сигналом ИРИ s(θ,ϕ,t) согласно известной [7, 20, 21] формуле:

Оценка широты ИРИ θ, вычисляемая на основе (11) и (12), используется в заявляемом пеленгаторе для коррекции каждой из двух исходных оценок ε_X и ε_Y углов θ_X и θ_Y соответственно (угловых координат ИРИ относительно РСН), которые формируются методом конического сканирования.

Зависимости оценок ε_X и ε_Y от соответствующих угловых координат θ_x и θ_Y (при равенстве нулю ортогональных угловых координат) представляют собой исходные или нескорректированные ПХ в плоскостях X0Z и Y0Z. Причем, обе зависимости ε_X(θ_X) и ε_Y(θ_Y) совпадают друг с другом с точностью до обозначений, а их вид показан на фиг. 10, а пунктиром. Данное совпадение определяется тождественными условиями формирования двух оценок ε_X и ε_Y при коническом сканировании, что показано при описании работы пеленгатора-прототипа.

Кроме того, обе указанные ПХ центрально симметричны: ε_X(-θ_X)=-ε_X(θ_X) и ε_Y(-θ_Y)=-ε_Y(θ_Y). При этом зависимость ε_X(Y)(θ_X(Y)) имеет экстремумы в точках с координатой , а также спады при , обусловленные соответствующим уменьшением времени τ - фиг. 8, в.

Коррекция оценок ε_X и ε_Y вводится с целью расширения рабочего диапазона по соответствующим углам θ_X и θ_Y, что означает расширение раствора Θ конической области пеленгации ИРИ. В переделах указанного рабочего диапазона обеспечивается линейность и однозначность преобразования каждой из двух угловых координат ИРИ в ее оценку.

В заявляемом пеленгаторе применяется мультипликативная коррекция, состоящая в масштабировании исходных оценок ε_X и ε_Y за счет умножения каждой из них на корректирующую компоненту g(θ), обладающую следующими свойствами:

а) симметрией относительно оси 0Z в каждой из плоскостей X0Z и Y0Z ввиду зависимости от аргумента θ, являющего абсолютной величиной углового отклонения ИРИ от РСН;

б) единичным значением в пределах начальных линейных участков двух исходных нескорректированных ПХ по двум плоскостям пеленгации;

в) при увеличении θ в области , компонента g(θ) возрастает таким образом, что достигается не только компенсация спадов зависимостей ε_X(θ_X) и ε_Y(θ_Y) в данной области, но и продолжение (растяжение) линейных участков этих зависимостей при и соответственно.

С достаточной для практики точностью указанные выше свойства компоненты g(θ) удовлетворяются при ее формировании в виде:

где - коэффициент, уточняемый исходя из данных ο ДН конкретного антенного луча «веерного» типа. Величина задает точку сопряжения плоского линейного и квадратичного участков зависимости корректирующей компон