Фазовий радіопеленгатор

Реферат: Фазовий радіопеленгатор містить лінійну розріджену антенну решітку з чотирьох антен, розташованих в одній площині по прямій лінії, чотири приймачі, блок демодуляції сигналу, що містить в собі три суматори, три віднімачі і шість амплітудних детекторів, і блок логічної обробки. Введені квадратурний дільник потужності і п'ятий синфазний дільник потужності на два виходи, три дільника частоти, два фазових детектори і вісім аналого-цифрових перетворювачів. Блок логічної обробки виконаний у вигляді мікропроцесора. UA 72448 U (54) ФАЗОВИЙ РАДІОПЕЛЕНГАТОР UA 72448 U UA 72448 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до радіотехніки і може бути використана для визначення пеленга джерела безперервного гармонійного радіосигналу. Відомий [1 (с. 300, 301)] фазовий радіопеленгатор (ФРП), що включає лінійні розріджені антенні решітки (АР) з трьох антен, три приймачі і два фазометри, причому кожен з фазометрів виконаний на основі фазового детектора (ФД) і фазообертача (ФО) на 90°. Причому одна з відстаней між фазовими центрами (ФЦ) антен (база) для розширення сектора однозначності пеленга () виконується зменшеною і з розміром бази, що не перевищує половини робочої довжини хвилі (), що забезпечує однозначність виміру фазових зсувів (). Тобто, в пеленгаторі створюються дві шкали: груба, побудована на основі даних, отриманих при використанні однозначної бази, і точна, відповідна протяжнішій неоднозначній базі. У такому варіанті входами відповідного фазометра є перший вхід ФД і вхід ФО, а вихід ФО приєднаний до другого входу ФД. Груба однозначна шкала в розглянутому ФРП виходить завдяки використанню декількох близько розташованих антен і при цьому розмір бази стає порівнянним з . Тому у вказаному пеленгаторі зростає взаємний вплив антен, характеристики яких погіршуються, зокрема, спотворюються діаграми направленості і зменшуються вхідні опори антен. Ці недоліки усунені у фазовому пеленгаторі [2], де при рознесенні антен на відстань, що суттєво перевищує середню  робочого діапазону ФРП, область однозначного вимірювання кута приходу плоскої електромагнітної хвилі (ЕМХ) знаходиться у межах - /1-/2 за рахунок використання не довжин баз, а різниці їх довжин. Для цього в ФРП, що має в своєму складі три антени, три ідентичні приймачі, два фазометри, кожний з яких складається з ФД і ФО на 90°, введені два додаткових ФД і блок логічної обробки сигналів (БЛОС). Основними недоліками даного аналога є помилки виміру , що зв'язані з дрейфом характеристик ФО і невизначеність при виявленні джерела радіовипромінювання (ДРВ) через тангенсну пеленгаційну характеристику (ПХ), оскільки через непарність функції тангенсу при знаходженні ДРВ на нульовому  рівень ПХ на виході ФРП дорівнює нулеві. Крім того, в пограничній області величина знаменника ПХ наближається до нуля, що веде до виникнення значних помилок вимірювання  при додаванні до знаменника навіть малих шумів. Вказані недоліки усунені у винаході [3] за рахунок введення додаткового четвертого антенно-приймального каналу і формування в БЛОС замість тангенсної ПХ синусної і косинусної характеристик. Однак, при збільшенні розмірів баз в [2, 3] зростають помилки вимірювання , оскільки при певних співвідношеннях між базою,  і дальністю (d) до ДРВ фронт ЕМХ неможна вважати локально плоским і необхідно враховувати його кривизну (сферичність). Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого ФРП є винахід [3]. Відомий ФРП, обраний в якості прототипу, містить АР з чотирьох антен, розташованих в одній плоскості по прямій лінії на базах b1, b2, b3, мінімальна довжина яких обмежена допустимим рівнем  взаємного впливу антен, і з різницею довжин баз (b1-b3), що дорівнює b  , де  0 2 sin 0 задана межа сектора однозначності визначення пеленга, а довжина бази b2 визначається за b  b3 умови b 2  1 , чотири приймачі, з'єднаних по входах з антенами, а по виходах - з блоком 2 демодуляції сигналу (БДС), що містить в собі три суматори, три віднімачі і шість амплітудних детекторів (АД), і БЛОС, причому виходи першого і четвертого приймачів сполучені відповідно через перший і четвертий синфазні дільники потужності з першими входами першого і третього суматорів і віднімачів, вихід другого приймача сполучений з другими входами першого суматора і віднімача і з першими входами другого суматора і віднімача, вихід третього приймача через третій синфазний дільник сполучений зі другими входами другого суматора і віднімача і з другими входами третього суматора і віднімача, вихід кожного з суматорів і віднімачів підключено до входу відповідного АД, а виходи детекторів є виходами БДС. Основним недоліком прототипу є помилки вимірювання пеленга, пов'язані з неурахуванням кривизни фронту ЕМХ при перебуванні ДРВ в проміжній зоні (ПЗ) (зоні Френеля). Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є підвищення точності визначення пеленга при наявності кривизни фронту ЕМХ, а також вимірювання по кривизні фронту дальності до ДРВ для ПЗ. Поставлена задача вирішується тим, що в ФРП, що містить АР з чотирьох антен, розташованих в одній площині по прямій лінії на базах, мінімальна довжина яких обмежена допустимим рівнем взаємного впливу антен, і з різницею довжин баз (b1-b3), що дорівнює 1 UA 72448 U b  b3  , а довжина бази b2 визначається з умови b 2  1 , чотири приймачі, з'єднані 2 2 sin 0 по входах з антенами, а по виходах - з чотирма синфазними дільниками потужності, БДС, що містить в собі три суматори, три віднімачі і шість амплітудних детекторів, і БЛОС, причому два виходи першого ДП сполучені відповідно з першими входами першого суматора і віднімача, чотири виходи другого ДП сполучені відповідно з другими входами першого суматора і віднімача і з першими входами другого суматора і віднімача, чотири перших виходи третього ДП сполучені з другими входами другого суматора і віднімача і з першими входами третього суматора і віднімача, перші два виходи четвертого дільника потужності сполучені з другими входами третього суматора і віднімача, виходи кожного з суматорів і віднімачів підключені до входу відповідного амплітудного детектора, а виходи детекторів є виходами БДС, в нього введені: квадратурний ДП і п'ятий синфазний ДП на два виходи, три дільники частоти (ДЧ), два ФД і вісім аналого-цифрових перетворювачів (АЦП), а БЛОС виконаний у вигляді мікропроцесора (МП), причому вхід квадратурного ДП сполучений з п'ятим виходом третього ДП, а його виходи - відповідно зі входами першого і другого ДЧ, вхід третього ДЧ сполучений з третім виходом четвертого ДП, а його вихід - зі входом введеного п'ятого синфазного ДП, виходи якого сполучені з першими входами ФД, вихід першого ДЧ сполучений з другим входом першого ФД, вихід другого ДЧ сполучений з другим входом другого ФД, виходи ФД і виходи всіх шести АД сполучені відповідно з входами восьми АЦП, а їхні виходи - з відповідними входами МП, вихід якого є виходом ФРП. Порівняльний аналіз з прототипом показує, що запропонований фазовий радіопеленгатор відрізняється наявністю нових блоків і нових зв'язків. У зв'язку з цим запропонований ФРП відповідає критерію корисної моделі "новизна". На фіг. 1 наведена структурна схема ФРП, а на фіг. 2 - графік залежності помилки у визначенні фазового зсуву гармонійного сигналу між елементами АР залежно від пеленга й дальності до ДРВ. Підвищення точності визначення  і вимірювання d до ДРВ для сферичного фронту ЕМХ в заявленому ФРП забезпечується за рахунок введення процедури ділення частоти з метою створення однозначних віртуальних баз (шкал) при визначенні  і зміни алгоритму обробки прийнятих пеленгатором сигналів в МП. Фазовий радіопеленгатор (фіг. 1) містить: АР з чотирьох антен А 1, А2, А3, А4, установлених на одній лінії, перпендикулярній осям симетрії їх характеристик направленості, і на базах b 1, b2 і  b3 з різницею довжин баз (b1-b3), що дорівнює b  , а довжина бази b2 визначається з 2 sin 0 b  5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 b  b3 умови b 2  1 ; чотири ідентичних приймачі 5-8, причому коефіцієнт підсилення приймача 6 2 повинен бути у два рази більший, приймача 7 у 2,5 рази, а приймача 8 у 1,5 рази аніж у приймача 5; п'ять синфазних ДП 9-13 з коефіцієнтами ділення два для 9 і 13 ДП, чотири для 10 ДП, п'ять для 11 ДП і три для 12 ДП; квадратичний ДП 14 на два виходи; три ДЧ 15-17; два ФД 18, 19; БДС 20, що містить три високочастотні суматори 21-23, три високочастотні віднімачі 2426 і шість АД 27-32; вісім АЦП 33.1-33.8 і МП 34. Причому виходи антен А1, А2, А3 і А4 підключені до входів відповідних приймачів 5-8, виходи яких сполучені з синфазними ДП 9-12, два виходи ДП 9 сполучені відповідно з першими входами першого суматора 21 і віднiмача 24, чотири виходи ДП 10 сполучені відповідно з другими входами першого суматора 21 і віднімача 24 і з першими входами другого суматора 22 і віднімача 25, чотири перших виходи ДП 11 сполучені з другими входами другого суматора 22 і віднімача 25 і з першими входами третього суматора 23 і віднімача 26, перші два виходи ДП 12 сполучені з другими входами третього суматора 23 і віднімача 26, виходи кожного з суматорів і віднімачів підключені до входу відповідного АД 27-32, виходи детекторів 27-32 є виходами БДС; вхід квадратурного ДП 14 сполучений з п'ятим виходом ДП 11, а його виходи - відповідно зі входами ДЧ 15, 16; вхід ДЧ 17 сполучений з третім виходом ДП 12, а його вихід - зі входом введеного п'ятого синфазного ДП 13, виходи якого сполучені з першими входами ФД 18, 19, вихід ДЧ 15 сполучений з другим входом ФД 18, вихід ДЧ 16 сполучений з другим входом ФД 19, виходи ФД 18, 19 і виходи всіх шести АД 27-32 сполучені відповідно зі входами восьми АЦП 331-33-8, а їх виходи - з відповідними входами МП 34, вихід якого є виходом ФРП. Радіопеленгатор працює таким чином. При впливі фронту ЕМХ на виходах антен 1-4 (фіг. 1) утворюються сигнали, котрі підсилюються приймачами 5-9, проходять через ДП 10-14, перетворюються за допомогою БДС 20, ДЧ 15-17 і ФД 18, 19 в напруги, що несуть інформацію про  на ДРВ, а також d при наявності кривизни фронту ЕМХ і потрапляють після АЦП 33-1 - 33 2 UA 72448 U 8 у цифровому вигляді в мікропроцесор 34. В МП 34 так само як у пеленгаторі-прототипі для плоского фронту ЕМХ  визначається з напруг для косинусних і синусних ПХ, котрі дорівнюють [3]  b  b 3   F1C,2C   FC   cos 1 sin  , 2    b  b 3   F1S,2S   FS   sin 1 sin  , 2   де при FC   F1C  U28  U31 ; або при U28  U31 ; FC   F2C  (1) (2) FS   F1S  або FS   F2S  при U28  U31 ; при U28  U31 F1C   10 15 F1S   U27  U29 ; U28 F2C   5 U27  U29 ; U28 U30  U32 ; U28 F2S   U30  U32 ; U28  b   b   b  U27  2U0 sin 1 sin  ; U28  2U0 sin 2 sin  ; U29  2U0 sin 3 sin  ;           b   b   b  U30  2U0 cos 1 sin  ; U31  2U0 cos 2 sin  ; U32  2U0 cos 3 sin  ;          U27  U32 - напруги на виходах АД 27-32; U0 - напруги на виходах приймачів 5-8 (амплітуда сигналу в приймальному тракті (на вході амплітудного детектора)). При цьому ПХ, що має високу крутизну (F1S, 2S(), забезпечує хорошу точність виміру пеленга, а друга ПХ (F1C, 2C ()), котра в цей же час має високий рівень, дозволяє з більшою імовірністю визначити наявність або відсутність ДРВ. Однак в пропонованій корисній моделі на відміну від прототипу введена обов'язкова процедура перевірки прийнятих сигналів на кривизну фронту ЕМХ, оскільки при знаходженні 2 2 ДРВ в ПЗ на відстанях від ФЦ розрідженої лінійної АР d