Фазовий радіопеленгатор

Фазовий радіопеленгатор що містить: три антени, розміщені в одній площині по прямій лінії на неоднозначних базах, мінімальна довжина яких обмежена допустимим рівнем взаємного впливу антен, та з різницею довжин баз між ними, рівною  , де  середня довжина хвилі робочоb  4 sin  0 2 (19) 1 3 плоскої електромагнітної хвилі (ЕМХ) знаходиться в межах від  / 2 до  / 2 за рахунок використання не довжин баз, а різниці їх довжин. Для цього у ФРП, що містить три антени, три ідентичні приймачі, два фазометри, що складаються кожен з ФД і фазообертача на 90, введені два додаткових ФД і блок логічної обробки сигналів. Проте при збільшенні розмірів баз зростають помилки виміру пеленга, оскільки при певних співвідношеннях між базою, робочою довжиною хвилі і дальністю до джерела радіовипромінювання (ДРВ) фронт ЕМХ не можна вважати локально плоским і необхідно враховувати його кривизну (сферичність). Найбільш близькою по технічній суті до запропонованого ФРП є патент [3]. Відомий ФРП, обраний в якості найближчого аналога, містить три антени, розташовані в одній площині по прямій лінії на відстанях (базах), мінімальна довжина яких обмежена допустимим рівнем взаємного впливу антен, і з різницею довжин неоднозначних баз між  ними рівною b  , де  середня довжина 4 sin 0 хвилі робочого діапазону пеленгатора,  0 - задана границя сектора однозначності виміру пеленга, три ідентичні приймачі, два фазометри, кожен з яких складається з ФД і фазообертача на 90, третій і четвертий ФД і блок логічної обробки, причому виходи антен підключені до входів відповідних приймачів, виходи першого і третього приймачів сполучені з першими входами фазометрів і першими входами третього і четвертого ФД. Основним недоліком найближчого аналога є помилки виміру пеленга, зв'язані з не врахуванням кривизни фронту ЕМХ хвилі при знаходженні ДРВ в проміжній зоні (ПЗ) (зоні Френеля). Задачею, на вирішення якої спрямований винахід, є визначення пеленга за наявності кривизни фронту ЕМХ, а також вимір по кривизні фронту дальності до ДРВ для вказаної зони. Поставлена задача вирішується наступним чином: в ФРП що містить три антени, розташовані в одній площині по прямій лінії на відстанях (базах), мінімальна довжина яких обмежена допустимим рівнем взаємного впливу антен, і з різницею довжин неоднозначних баз між ними рівною b , три ідентичні приймачі, два фазометри, кожен з яких складається з ФД і фазообертача на 90, третій і четвертий ФД і блок логічної обробки, причому виходи антен підключені до входів відповідних приймачів, виходи першого і третього приймачів сполучені з першими входами фазометрів і першими входами третього і четвертого ФД, вихід другого приймача сполучений з другими входами фазометрів і другими входами третього і четвертого ФД, в нього введено дві додаткові антени на відстанях відносно центральної до /2, два приймачі, п'ятий і шостий ФД і шість аналого-цифрових перетворювачів (АЦП), а блок логічної обробки виконаний у вигляді мікропроцесора, причому виходи введених антен сполучені з входами введених приймачів, а їх виходи з першими входами п'ятого і шостого ФД, другі входи яких сполучені з виходом другого приймача, виходи всіх шести ФД 57200 4 сполучені відповідно з входами шести АЦП, а їх виходи - з відповідними входами мікропроцесора, вихід якого є виходом пеленгатора. Порівняльний аналіз з найближчим аналогом 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 - його пеленгаційні характеристики (ПХ) в залежності від дальності до ДРВ. Підвищення точності визначення пеленга і виміру дальності до ДРВ для сферичного фронту ЕМХ в заявленому ФРП забезпечується за рахунок введення [1] однозначних шкал визначення пеленга і зміни алгоритму обробки сигналів, що приймаються пеленгатором, в мікропроцесорі. Фазовий радіопеленгатор (Фіг.1) містить: три антени А1, А2, A3, встановлені на одній лінії, перпендикулярній осям симетрії їх характеристик направленості, і на неоднозначних базах b1 та b 2 , що відрізняються на величину b , з мінімальними довжинами баз, обмеженими допустимим рівнем взаємного впливу антен; дві антени А4, А5 з розмірами бази між ФЦ відносно антени А2, що, для забезпечення однозначності, не перевищує вимірів половини робочої довжини хвилі; п'ять ідентичних приймачів 6-10; два фазометри 11, 12, у складі яких фазообертачі на 90 13, 14 і ФД 15, 16; третій і четвертий ФД 17, 18; п'ятий і шостий ФД 19, 20; шість АЦП 21.1-21.6 і мікропроцесор 22 з вхідною шиною 23. Причому виходи антен А1, А2, A3 А4, А5 підключені до входів відповідних приймачів 6-10, виходи першого і третього приймачів сполучені з першими входами фазометрів 11, 12 і з першими входами третього і четвертого ФД 17, 18, вихід другого приймача 7 сполучений з другими входами фазометрів 11, 12 і другими входами ФД 17-20, виходи приймачів 9,10 сполучені з першими входами п'ятого і шостого ФД; виходи всіх шести ФД 15-20 сполучені відповідно з входами шести АЦП 21.1-21.6, а їх виходи сполучені шиною 23 з відповідними входами мікропроцесора 22, вихід якого є виходом пеленгатора. Радіопеленгатор працює наступним чином. При дії фронту ЕМХ на виходах антен А1-А5 утворюються сигнали, які посилюються приймачами 610, перетворюються за допомогою ФД 17-20 в напругу, що несе інформацію про пеленг (  ) на ДРВ (а також дальності ( d ) за наявності кривизни фронту ЕМХ) і поступають після АЦП 21.1-21.6 в цифровому вигляді по шині 23 в мікропроцесор 22. У мікропроцесорі 22 на першому етапі на відміну від найближчого аналога введена обов'язкова процедура перевірки сигналів, що приймаються, на кривизну (сферичність) фронту ЕМХ, оскільки при знаходженні ДРВ в проміжній зоні (ПЗ) на відстанях від ФЦ антенної системи (AC) d  (2B2 cos2  ) /  , де B  b1  b2 - максимальний розмір лінійного розкриву АС (Фіг.1) в площині якої розглядається ПЗ [4], в ПЗ за рахунок наявності кривизни фронту виникає помилка визначення пеленга тим більша, чим ближче ДРВ до пеленга 5 57200 тора (див. Фіг.2 і таблиця 1, де 1, 2 - пеленгаційна характеристика (ПХ) прототипу для дальньої зоні 6 (ДЗ), а 3-6 для ПЗ). Таблиця 1 Параметри 10 dДЗ 1 № кривої f = 10ГГц, b1 = 1000  = 30м, b2=1000, 25  =30,008 м Відстань, d(dДЗ  240км,  = 0°) dДЗ 150 км 100 км 50 км 2 3 4 5 ПХ для ДЗ визначається так як і в пеленгаторі найближчому аналогу по співвідношенню  (b2  b1)  F1,2 ( )  F(  )  tg  sin      (1) де F( )  F1( ) U17  U18  U15  U16 ; при U16  U15 ; U17  U18 aбо F(  )  F2 (  ) F1()  F2 ()  U15 при U17  U18  U15  U16 ; U17  U18 ; U15  U16  2b1   2b2  U17  U cos  sin  ; U18  U cos sin  ;       U15, U16, U17, U18 - напруга на виходах ФД 15 18; U - напруги на виходах ідентичних приймачів 6, 7, 8, (а також 9, 10); b1 , b 2 - неоднозначні бази (Фіг.1) для усунення яких береться різниця баз, що визначається  різницею довжин неоднозначних баз b  4 sin 0 (при b   / 4 границя сектора однозначності виміру пеленга в межах -   / 2  0   / 2 ). Для ПЗ у виразі (1) під знаком тангенса відповідно до методики роботи [5] з'являється додатковий доданок, обернено пропорційний дальності до ДРВ, і вираз для ПХ набуває вигляду: F1,2  (, d)  F(, d)    (b2  b2 ) cos2      2  tg (b1  b2 ) sin   1   2d      (2) (при d   вираз (2) приводиться до (1)). Процедуру перевірки фронту ЕМХ на кривизну зручніше провести, проаналізувавши рівність або відмінність повних різниць фаз між першою і другою ( 21повн ), другою і третьою ( 32повн ), а також, у разі потреби, між третьою і першою ( 31повн ) парами антен з врахуванням різниці довжин неоднозначних баз b  b2  b1 21повн  32повн Повні різниці фаз в рівності (3), у свою чергу, можна записати 21повн  21вим  2k 21 (4. а) 32повн  32вим  2k 32 (4. б) Де 21вим і 32вим - різниці фаз між першою і другою, другою і третьою парами антен, виміряні фазометрами 11 і 12 (Фіг.1); k 21 , k 32 - коефіцієнти, що враховують число повних періодів, втрачених при вимірах різниці фаз по відповідних базах ФРП, які будуть рівні k 21   2b1   2b2   U sin sin  ; U16  U sin sin  ;       b1 b  31повн 1 b2 B (3) 25 км 6 k 32   1  b1  42  21вим   2   b3   (5. а)  1  b2    b 52  32вим  2  4  (5. б) де - операція округлення до найближчого цілого, b3  b 4   / 2 - однозначні бази ФРП. Тут і далі різниці фаз  42 і 52 , виміряні за відповідними однозначними шкалами між четвертою і другою, п'ятою і другою антенами, визначаються в мікропроцесорі 22 з напруг U19 і U20 на виходах ФД 19 і 20 із співвідношень U19  U cos( 42 ) (6. а) U20  U cos( 52 ) (6. б) де U - напруги на виходах ідентичних приймачів 9, 10 (а також 6, 7, 8). При виконанні рівності (3) в мікропроцесорі 22 пеленг визначається з ПХ (1), а при невиконанні із співвідношення  b (   21повн  32повн )    arcsin 1 2(b1  b2 )b2     (7) яке отримане завдяки спільному вирішенню нижченаведених рівнянь 2(d  d1) 21повн    2 2  2   b1 sin   b1 cos       2d   (8. а) 2(d3  d) 32повн    2 2  2   b2 sin   b2 cos        2d  (8. б) де (Фіг.1) дальність від ДРВ до антени А1 7 57200 отримані по методиці роботи [5] для зони Френеля за умови, що B / d  1 і для нерівних баз між парами антен, де d2 - дальність від ДРВ до антени А2. Дальність до ДРВ для ПЗ визначається в мікропроцесорі 22 по співвідношенню 2 d1  d2  2db1 sin   b1  2 2 b1 cos2  2d дальність від ДРВ до антени A3  d2  b1 sin   (9. a) d3  d2  2db2 sin   b2  2 2  d2  b2 sin   d   b2 cos2  2 2d  (9. б) 2 2 b1 42 b1  b2 b2  2b1 32повн  21повн 2 2 2 2  8   2 2 4(b1  b2 )b2 b1 32повн  21повн b1  b2  b1b2 2 також отриманому шляхом спільного вирішення рівнянь (8). Принципові відмінності запропонованого ФРП полягають у удосконалюванні обробки сигналів при більш високих характеристиках щодо точності визначення пеленга при наявності сферичності фронту ЕМХ, а також можливості визначення дальності до ДРВ для ПЗ. Розглянемо варіанти схемної реалізації основних елементів запропонованого ФРП. У якості антен А1 - A3 можливо використовувати гостро направлені антени, наприклад, параболічні антени, розташовані в одній площині по прямій лінії на відстанях, мінімальна довжина яких обмежена допустимим рівнем взаємного впливу антен і може складати одиниці або десятки довжин хвиль, а антен А4, А5 - не направлені з умов мінімізації взаємного впливу антен, а саме: спотворення їх діаграм направленості і зменшення вхідних опорів. Приймачі 6 - 10 - стандартні підсилювачі високої частоти. У якості ФД 16 - 20 як і в пеленгаторі найближчому аналога [3] можуть бути використані перемножувачі напруги. Фазообертачі на 90 13 і 14 можуть бути виконані на Д/4 відрізках ліній передачі.  (10) АЦП 21.1-21.6 та мікропроцесор 22 зі спеціальним програмним забезпеченням є стандартними цифровими пристроями і підбираються окремо під параметри пеленгатора. Проведений аналіз відомих технічних рішень у даній галузі техніки показав, що сукупність ознак, яка відрізняє корисну модель від найближчого аналога, не була виявлена, отже фазовий радіопеленгатор, що заявляється, має істотні відмінності. Джерела інформації: 1. Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я. Д. Учеб. пособие для вузов.М.:Сов. Радио, 1970.-аналог. 2. Справочник по радиолокации. Под. ред. М. Сколника.- М.: Сов. радио, 1978. -аналог. 3. Патент № 2138061 (Россия) Фазовый радиопеленгатор. М. кл. G 01 S 3/48, //Беспалов Е. С., Кургин В. В.- прототип. 4. Кремер И. Я., Кремер А. И., Петров В. М.; под. ред. : И. Я. Кремер. Пространственно - временная обработка сигналов. - М.: Радио и связь, 1984. - 223 с. 5. Авдеенко Г. Л., Федоров В. И., Якорнов Е. А. Определение местоположения источника радиоизлучения по кривизне фронта электромагнитной волны - Известия ВУЗов. Радиоэлектроника 2008. -Т.51.-№3.-0.3-11. 9 57200 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 57200 Підписне 12 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601