Пеленгатор для визначення кутових координат джерела імпульсного несинусоїдального сигналу

Предлагаемое техническое решение может быть использовано для пеленгации по азимуту и углу места одиночного источника сверхширокополосных несинусоидальных сигналов в виде видеоимпульсов очень короткой длительности (не более 1нс) с помощью одной не вращаемой по углу места приемной антенны, пригодной для приема таких сигналов. В качестве прототипа выбран пеленгатор, который используется как разведывательная переносная станция для пеленгации источников радиоизлучения по азимуту. Измерение азимута источника радиоизлучения производится по амплитудному методу максимума принимаемого сигнала. Пеленгатор содержит приемную антенну, приемник и индикатор. Остронаправленная приемная антенна в одном из вариантов исполнения представляет собой поднятую на мачте зеркальную антенну в виде параболического отражателя (рефлектора) со спиральным облучателем и может принимать радиоволны любой поляризации. Облучатель антенны связан с приемником с помощью одного коаксиального кабеля. Антенну вращают только в горизонтальной плоскости с помощью механизма вращения вручн ую. Приемник пеленгатора выполнен в виде приемника прямого усиления и состоит из высокочастотного фильтра, детекторной головки и усилителя видеосигналов. Индикатор обеспечивает световую, звуковую или стрелочную индикации принятых сигналов. Поиск источника радиоизлучения ведется вращением антенны по азимуту. Пеленг обнаруженного источника считывают по азимутальной шкале в момент приема максимального сигнала. Недостатком устройства является то, что этот пеленгатор не может измерять угол места источника радиоизлучения, то есть производит пеленгацию только по азимуту. В основу изобретения поставлена задача создать такой пеленгатор для определения угловы х координат источника импульсного несинусоидального сигнала, в котором новое исполнение слабонаправленной антенны, вращаемой только по азимуту, позволяет обеспечить определение угла места и азимута источника радиоизлучения с высокой точностью. Поставленная задача решается тем, что в пеленгаторе для определения угловы х координат источника импульсного несинусоидального сигнала, содержащем приемную антенну с механизмом вращения антенны по азимуту, последовательно соединенную с приемником, согласно изобретению, приемная антенна выполнена в виде металлического уголкового рефлектора, в нижней плоскости которого установлен экран из поглощающего материала, и вертикально расположенного проволочного вибратора, выход которого соединен со входом приемника импульсных несинусоидальных сигналов, а выход приемника соединен со входами двух пороговых устройств противоположной полярности, разделяющих положительные и отрицательные импульсы принимаемых сигналов, выходы пороговых устройств соединены со входами двух измерителей - измерителя времени запаздывания положительных импульсов сигналов прямой волны и дважды отраженной от рефлектора волны и измерителя времени запаздывания отрицательных импульсов сигналов двух однократно отраженных от рефлектора радиоволн, а выходы измерителей времени запаздывания соединены со входом спецвычислителя, определяющего угол места и азимутальный угол где источника по формулам - расстояние от вибратора до рефлектора, - скорость света. Если при этом источник излучения находился под положительным азимутальным углом то один из отрицательных импульсов исчезнет (импульсы сольются), а в противном случае знак будет отрицательный. В предлагаемом устройстве используется приемник, пригодный для приема сверхширокополосных импульсных несинусоидальных сигналов очень короткой длительности, технология и принципы построения которых известны. Пеленгатор принимает радиоволны вертикальной поляризации. При этом полагается, что период следования импульсов источника радиоизлучения значительно больше длительности импульса и времени запаздывания Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами. На фиг.1 представлена упрощенная структурная схема предложенного пеленгатора, а также условно показаны конструкция приемной антенны, форма принимаемых импульсных сигналов в различных трактах схемы, источник радиоизлучения и его угловые координаты На фиг.2 представлен чертеж антенны (вид сверху), состоя щей из вертикального вибратора, металлического уголкового рефлектора, экрана из поглощающего материала и коаксиального кабеля, а также условно показана геометрия четырех лучей радиоволн, приходящих от источника к вибратору антенны, где - луч прямой радиоволны; - лучи однократно отраженных радиоволн от правой и левой плоскостей рефлектора соответственно; -луч дважды отраженный от рефлектора волны. В состав предложенного устройства, структурная схема которого представлена на фиг.1, входят следующие элементы: вертикальный вибратор 1 приемной антенны; металлический уголковый рефлектор 2 с углом раскрыта 90°; экран из поглощающего материала 3, ослабляющий отраженные от земли радиоволны; механизм вращения антенны по азимуту 4; два одинаковых коаксиальных кабеля 5, 6, связывающих концы вибратора 1 со входом приемника 7 для приема сверхширокополосных импульсных несинусоидальных сигналов; два одинаковых пороговых устройства 8, 9, разделяющих положительные и отрицательные импульсы принятых сигналов и подключаемых к выходу приемника 7 с противоположной полярностью входов этих устройств; измеритель времени запаздывания 10, измеряющий время запаздывания положительного импульса сигнала дважды отраженной от рефлектора волны относительно положительного импульса сигнала прямой волны; измеритель времени запаздывания 11, измеряющий время запаздывания относительно друг друга двух отрицательных импульсов сигналов двух радиоволн, однократно отраженных от рефлектора; и спецвычислитель 12, определяющий угол места и азимутальный угол источника радиоизлучения по результатам измерения и заранее известным параметрам d, c (формулы (1), (2). Принцип действия предложенного устройства поясняется следующим. Экран из поглощающего материала 3 экранирует (поглощает) отраженные от земли радиоволны источника. Поэтому вертикальный вибратор 1 с металлическим уголковым рефлектором 2 будет принимать от источника радиоизлучения только следующие четыре радиоволны: прямую радиоволну (луч на фиг.2); две однократно отраженные от правой и левойплоскостей рефлектора волны (лучи и дважды отраженные от рефлектора волну (луч r 4). Длины лучей разные, поэтому импульсы принятых радиоволн будут запаздывать относительно друг друга. Если источник радиоизлучения излучит один видеоимпульс длительностью не более 1нc), то приемник устройства примет четыре импульса. Первым придет импульс прямой волны (по лучу а последним -импульс дважды отраженный от рефлектора волны (по лучу Эти импульсы будут иметь одинаковую полярность (условно назовем ее и будем считать положительной). Импульсы двух однократно отраженных от рефлектора волн будут расположены между указанными выше положительными импульсами и имеют отрицательную полярность. Такая полярность однократно отраженных импульсов радиоволн объясняется известным принципом изменения полярности. Положительные и отрицательные импульсы можно разделить с помощью пороговых устройств 8, 9. Оценки показали, что при очень короткой длительности импульсов (не более 1нс) возможное время запаздывания будет больше длительности импульса и это время можно измерить с помощью известных современных измерителей времени задержки. Из геометрии лучей радиоволн на фиг.2 запишем следующие математические выражения для разности длин лучей где - положительный угол места источника радиоизлучения; азимутальный угол источника, отсчитываемый от оси антенны (влево положительный, вправо - отрицательный); - кратчайшее расстояние от вибратора 1 до рефлектора 2. На основании выражений (3), (4), (5) можно записать следующую систему двух уравнений для двух неизвестных угло вых координат источника радиоизлучения где - время запаздывания положительных и отрицательных импульсов соответственно; - скорость света. Знак модуля в уравнении (7) использован потому, что угол может иметь два знака, а измеренное время положительно, так как оба отрицательных импульса одинаковы и не отличаются друг от др уга. Ре шая систему уравнений (6), (7) получим формулы для расчета угловы х координат источника и Таким образом, отмеченные выше отличительные признаки предложенного устройства являются существенными и принципиально необходимы для осуществления устройства. Вертикальная поляризация радиоволн, используемых в предложенном устройстве, выбрана потому, что интенсивность отраженных от земли радиоволн при вертикальной поляризации меньше чем при горизонтальной, и земля будет меньше мешать работе устройства при вертикальной поляризации. Однако имеется возможность использовать предложенное устройство для пеленгации источника, излучающая только горизонтально поляризованные радиоволны. Для осуществления этой возможности следует повернуть приемную антенну вместе с рефлектором вокруг ее оси на 90°, оставив в прежнем положении экран из поглощающего материала 3, и использовать формулу (1) для расчета модуля азимутального угла а формулу (2) - для расчета угла места горизонтально поляризованного источника. Знак азимутального угла в этом случае уточняют путем установки антенны по азимуту на отрицательный угол . Если после этого сигнал источника исчезнет, то знак положительный и наоборот. Оценки показали, что в первом варианте использования (при вертикальной поляризации) предложенное устройство позволяет измерять азимут с высокой точностью (абсолютная погрешность порядка 20) и со значительно меньшей точностью (абсолютная погрешность несколько градусов) - угол места, а во втором варианте использования (при горизонтальной поляризации) наоборот - с высокой точностью измерять малые углы места и с меньшей точностью - азимут. Эта особенность позволяет повысить точность измерения обоих углов координат в том случае, когда источник излучает линейно поляризованные радиоволны, имеющие как вертикальную, так и горизонтальную составляющие поля. При этом следует определять малый угол места при горизонтальном положении вибратора, а азимутпри вертикальном положении вибратора. Перечисленные выше элементы предложенного устройства на фиг.1 выполнены следующим образом. Вибратор 1 выполнен из тонкого медного провода длиной порядка произведения скорости света на длительность импульса принимаемых сигналов. Рефлектор 2 выполнен из плоских металлических взаимно перпендикулярных листов. Размер рефлектора значительно больше длины вибратора. Экран 3 выполнен из широкополосного хорошо поглощающего радиоволны материала. Такие материалы известны и широко используются в радиотехнике. Для лучшего экранирования размеры экрана 3 следует выбирать, по возможности, больше. Коаксиальные кабели 5,6, связывающие концы вибратора 1 с приемником 7 имеют известную конструкцию. При этом наружные металлические оболочки кабелей 5, 6 экранируют внутренние проводники от помех и не являются токонесущими сигнал элементами. Эти оболочки можно заземлить. Ме ханизм вращения антенны по азимуту 4 не отличается от соответствующего механизма прототипа. Приемник 7 выполнен для приема несинусоидальных импульсных сигналов очень короткой длительности (не более 1 не). Пороговые устройства 8, 9 пропускают сигнал на выход, когда уровень сигнала превысит заданный порог, который целесообразно установить на уровне шумов приемника. Пороговые устройства 8, 9 можно выполнить например, в виде широкополосного диода, закрытого небольшим постоянным напряжением. Измерители времени запаздывания 10, 11 имеют известную конструкцию, позволяющую измерять малые интервалы времени запаздывания. Спецвычислитель 12 представляет собой обычную микро-ЭВМ, производящую вычисления по формулам (1), (2). Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. Приемную антенну вращают по азимуту и осуществляют поиск азимутального сектора, в котором находится источник несинусоидального импульсного сигнала. Приемник 7 усиливает принятые приемной антенной положительные и отрицательные импульсы четырех радиоволн, приходящих к вибратору 1 от источника. Пороговые устройства 8, 9 разделяют положительные и отрицательные импульсы сигнала, а измерители времени запаздывания 10, 11 измеряют время запаздывания положительных и отрицательных импульсов соответственно. Спецвычислитель 12 вычисляет угловые координаты по результатам измерения времени а также известным параметрам производя вычисления по формулам (1), (2). После этого поворачивают антенну на вычисленный положительный азимутальный угол Если после этого один из отрицательных импульсов исчезнет, то знак угла положительный и наоборот. Таким образом предложенное устройство может быть осуществлено и позволяет определять две угловые координаты источника несинусоидальных импульсных сигналов с высокой точностью. При этом не требуется вращать антенну по углу места.