Спосіб пеленгування джерела імпульсних несинусоїдальних сигналів

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пеленгования по углу места и азимуту удаленного одиночного источника импульсных несинусоидальных радиосигналов очень короткой длительности (не более 1 не) и со сравнительно большим периодом следования импульсов с помощью наземной горизонтально расположенной вибраторной антенны с рефлектором, пригодной для приема таких сигналов. Наиболее близким к предлагаемому является амплитудный способ пеленгования источника по максимуму принимаемого сигнала с помощью вибраторной антенны с рефлектором, пригодной для приема импульсных несинусоидальных сигналов очень малой длительности (не более 1 не). Такая антенна представляет собой короткий проволочный вибратор, концы которого соединены проводниками с приемником импульсных несинусоидальных сигналов очень короткой длительности. Длина вибратора значительно меньше произведения скорости света на длительность импульса принимаемого радиосигнала. Вибратор установлен параллельно плоскости рефлектора в виде плоского металлического листа, размеры которого значительно больше длины вибратора. Расстояние от вибратора до рефлектора меньше длины вибратора. Проводники, подключающие вибратор к приемнику, экранированы слоем поглощающего радиоволны материала. Максимум диаграммы направленности такой антенны направлен по нормали к плоскости рефлектора. Такая антенна практически не принимает сигналы с направлений в плоскости рефлектора, а также с задней полусферы, в которой находится поглощающий материал. В передней полусфере антенна имеет слабонаправленную диаграмму направленности. Вибратор антенны можно расположить горизонтально относительно земной поверхности. Антенна имеет сравнительно небольшие размеры и малый вес, поэтому ее легко вращать и можно использовать для грубого пеленгования источника несинусоидальных сигналов. Способ использования такой вибраторной антенны с рефлектором для пеленгования источника импульсных несинусоидальных сигналов амплитудным методом по максимуму принимаемого сигнала не отличается от описанного выше способа. Недостатком способа является то, что точность пеленгования очень низкая, так как используемая в способе антенна имеет широкую диаграмму направленности. Другой недостаток способа состоит в том, что для пеленгования необходимо вращать антенну по азимуту и углу места. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования амплитудного Способа пеленгования источника по максимуму принимаемого сигнала с помощью вибраторной антенны с рефлектором, пригодной для приема импульсных несинусоидальных сигналов очень малой длительности (не более 1 не)» в котором устраняются отмеченные выше недостатки и обеспечивается высокая точность измерения угла места без вращения антенны в угломестной плоскости. Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем прием импульсного несинусоидального сигнала с помощью одной горизонтально расположенной над землей вибраторной антенны с плоским металлическим рефлектором, согласно изобретению, разделяют два импульса положительной полярности принимаемых сигналов прямой радиоволны и волны, дважды отраженной от земли и от рефлектора, от двух импульсов отрицательной полярности принимаемых сигналов отраженной от земли радиоволны и волны, отраженной от рефлектора, измеряют время запаздывания t1, двух импульсов положительной полярности и время запаздывания t2 двух импульсов отрицательной полярности, измеряют (сравнивают) амплитуды U1, U2 первого и второго импульсов отрицательной полярности, а угол места q источника радиоизлучения определяют по формуле После чего азимутальный угол β источника радиоизлучения относительно оси антенны с точностью до знака определяют по соотношению где h - высота подъема вибратора над земной поверхностью; d - расстояние от вибратора до рефлектора; с - скорость света; sign - знак числа. При этом угловые координаты q, β одиночного источника радиоизлучения определяют только в верхней половине передней полусферы и вращать антенну по угловым координатам не требуется. Кроме того, нет необходимости в использовании поглощающего материала для экранирования проводов, подключающих концы вибратора к приемнику. В предложенном способе эти провода могут быть выполнены из коаксиальных кабелей, наружные металлические оболочки которых обеспечат экранирование. Техническая сущность и принцип действия предложенного способа поясняются чертежами на фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема устройства для реализации предложенного способа условно показаны вибратор с металлическим рефлектором, источник радиоизлучения, система угловых координат q,β и земная поверхность, а также форма принимаемых импульсных сигналов в различных трактах схемы. На фиг. 2 условно представлены вибратор с металлическим рефлектором, земная поверхность источник радиоизлучения и его угловые координаты q,β, а также показана геометрия четырех лучей r1, r 2, r3. r 4 радиоволн, приходящих от источника к приемной антенне, где r1 - луч прямой радиоволны; r2 - луч отраженной от земли волны, r3 - луч отраженной от рефлектора волны: r4 - луч дважды отраженной (от земли и от рефлектора) волны. В состав устройства, реализующего предложенный способ, входят следующие элементы: вибратор 1, горизонтально расположенный над земной поверхностью; металлический рефлектор 2, приемник 3 для приема импульсных несинусоидальных сигналов, вход которого связан с концами вибратора 1 с помощью двух максимальных кабелей одинаковой длины; два одинаковых пороговых устройства 4,5 разделяющих положительные и отрицательные импульсы принятых сигналов и подключенных параллельно к выходу приемника 3 с противоположной полярностью входов эти х устройств; измеритель времени задержки 6, измеряющий время запаздывания ti положительного импульса сигнала дважды отраженной волны относительно положительного импульса сигнала прямой волны; измеритель времени задержки 7, измеряющий время запаздывания t2 относительно друг друга двух отрицательных импульсов сигналов радиоволн, однократно отраженных от земли и от рефлектора; измеритель амплитуд импульсов 8, измеряющий амплитуды U1, U2 отрицательных импульсов, выделяемых пороговым устройством 5; спецвычислитель 9, определяющий угол места q и азимутальный угол b источника радиоизлучения по результатам измерения t1, t2 U1, U 2, и заранее известным параметрам h, d, с путем вычислений по формулам (1), (2). Принцип действия предложенного способа поясняется следующим. Приемный вибратор с металлическим плоским рефлектором, расположенный горизонтально над землей поверхностью на высоте h и удаленный от рефлектора на расстояние d (сравнимое с h), принимает от источника радиоизлучения следующие радиоволны; прямую радиоволну (луч r 1 фиг. 2) отраженную от земли радиоволну (луч r 2); отраженную от рефлектора волну (луч r 3) и дважды отраженную (от земли и от рефлектора) волну (луч r 4). Длины лучей r1 . r2 , r3 , r 4 разные, поэтому импульсы принятых радиоволн будут запаздывать друг относительно друга. Бели источник радиоизлучения излучит один видеоимпульс, то приемник устройства примет четыре импульса. Первым придет импульс прямой волны (по лучу r1), а последним - импульс дважды отраженной волны (по лучу r 4). Эти два импульса будут иметь одинаковую полярность (условно назовем ее и будем считать положительной). Импульсы однократно отраженных радиоволн от земли и рефлектора будут расположены между указанными выше положительными импульсами и имеют отрицательную полярность. Такая полярность однократно отраженных импульсов радиоволн объясняется известным принципом изменения полярности, который выполняется при любых угла х скольжения для горизонталь поляризованных радиоволн и при малых угла х скольжения для вертикальной поляризации. По этим причинам для упрощения предложенного способа в нем будем использовать радиоволны только горизонтальной поляризации. Из геометрии фиг. 2 запишем разности хода лучей r2-r1 , r3-r 1 и r 4-r1 получим Где q,β- угол места и азимутальный угол источника радиоизлучения относительно оси антенны; h - высоту подъема над землей вибратора антенны; d - расстояние от вибратора до рефлектора. На основании выражений (3), (4), (5) можно записать следующую систему двух уравнений для двух неизвестных угловых координат q, b источника радиоизлучения где t1 - время запаздывания импульса дважды отраженной волны относительно импульса прямой волны, измеренное измерителем времени задержки 6; t2 - время запаздывания отрицательных импульсов однократно отраженных радиоволн; с - скорость света. Знак модуля в уравнении (7) использован потому, что заранее не известно какой из двух отрицательных импульсов двух однократно отраженных радиоволн придет первым. Решая систему уравнений (6), (7) относительно неизвестных угловых координат q, β, получим для угла места q следующее выражение а для азимутального угла β- выражение (2). Двойной знак в формуле (8) свидетельствует о том, что возможный угол места q источника может иметь два значения, то есть определение угла места по формуле (8) не однозначно. Для устранения неоднозначности необходимо выяснить, какой из двух о трицательных импульсов однократно отраженных радиоволн придет первым, Если первым придет импульс отраженной от рефлектора волны, то в формуле (8) следует взять знак плюс, а если наоборот - то знак минус. Это можно выяснить, если измерить и сравнить амплитуды U1, U2 первого и второго отрицательных импульсов. Известно, что амплитуда импульса отраженной от металлического рефлектора волны, как правило, всегда больше, чем у отраженной от земли волны. Если амплитуда U1 первого отрицательного импульса меньше, чем у второго, то первым пришел импульс отраженной от земли волны и в формуле (8) следует взять минус и наоборот. На основании этих соображений, для однозначного определения угла места источника предлагается использовать формулу (1). При этом высокая точность измерения амплитуд отрицательных импульсов U1, U2 не требуется, надо только выяснить какой из двух импульсов (первый или второй) больше. После вычисления угла места q по формуле (1) азимутальный угол β определяют по формуле (2). Следует иметь в виду, что азимутальный угол β, отсчитываемый от оси антенны, в передней полусфере может иметь положительное или отрицательное значение и cos в том и другом случае одинаков. Поэтому определение β по формуле (2) не однозначно и производится с точностью до знака. Для уточнения знака азимутального угла β необходимо иметь дополнительную информацию о том, в какой половине (левой или правой) передней полусферы находится источник. Предложенный способ в рассмотренном варианте реализации не позволяет получить такую информацию. Уточнить знак β можно, например, если предусмотреть возможность поворота антенны по азимуту. Операцию уточнения знака β можно осуществить следующим образом. После вычисления β по формуле (2) поворачивают антенну по азимуту по кратчайшему пути так, чтобы плоскость рефлектора совпала с положительным значением β. Если после этого сигнал источника на выходе приемника исчезнет, то для β следует взять знак плюс и наоборот. В качестве примера реализации предложенного способа и доказательства возможности его осуществления ниже приводятся рассчитанные оценочные характеристики приемной системы, структурная схема которой представлена на фиг. 1. Длительность импульса источника излучения сверхширокополосных несинусоидальных сигналов 0,5 не; длина вибратора 0,15 м; высота подъема вибратора над землей 20 м; расстояние от вибратора до рефлектора 0,6 м; размер рефлектора 4,5x1,8 м; рабочий угломестный сектор 0,25°-55°; сектор измерения азимута +(10°-75°); допустимая абсолютная погрешность измерения времени задержки импульсов 0,1 не; абсолютная погрешность определения угла места 2'; абсолютная погрешность определения азимута 1,4°/sin β. Расчеты показали, что предложенный способ обеспечивает высокие точностные характеристики измерения угла места, которые не может обеспечить прототип. При этом в предложенном способе не требуется вращать антенну по углу места. Предложенный способ может быть использован для пеленгации по углу места и азимуту источников сверхширокополосных несинусоидальных сигналов с очень короткой длительностью импульсов и не пригоден для пеленгации обычных узкополосных сигналов (например, радиоимпульсов).