Широкосмуговий фазовий радіопеленгатор

Широкосмуговий фазовий радіопеленгатор, що містить три антени, які 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 b  , де  - серед4 sin  0 2 (19) 1 3 та чотирьох ФД, і блок логічної обробки сигналів. Проте такий ФРП є вузькосмуговим і має помилки вимірювання пеленгу, обумовлені дрейфом характеристик фазообертачів і пеленгаційною характеристикою (ПХ) у вигляді тангенсоїди. Найближчим аналогом до запропонованого ФРП є патент [3]. Відомий ФРП, обраний в якості найближчого аналога, містить три антени, розташовані в одній площині на 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 хвилі ро4 sin  0 бочого діапазону пеленгатора,  0 - задана границя сектора однозначності виміру пеленга, три ідентичні приймачі, блок демодуляції сигналів, що має чотири входи та складається з двох фазообертачів на 90° та чотирьох 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, а виходи другого приймача з'єднані з другими входами фазометрів і другими входами третього і четвертого ФД. Основним недоліком найближчого аналога є помилки виміру пеленга, зв'язані з відхиленням частоти джерела радіовипромінювання (ДРВ) від середньої, дрейфом характеристик фазообертачів і ПХ у вигляді тангенсоїди. Останній недолік полягає в наступному: 1) через непарність функції тангенса при знаходженні ДРВ на нульовому пеленгу рівень ПХ на виході ФРП дорівнює нулю, що призводить до невизначеності при виявленні ДРВ; 2) в пограничній області чисельне значення знаменника ПХ наближується до нуля, що призводить до виникнення значних помилок вимірювання пеленга при додаванні до знаменника навіть шумів малого рівня. В основу корисної моделі поставлено завдання визначити пеленг в широкому діапазоні радіочастот при відсутності невизначеності в випадку знаходження ДРВ на нульовому пеленгу, виключення помилок при вимірюваннях в пограничній області ПХ та виключення систематичної помилки вимірювань, що обумовлена з дрейфом характеристик фазообертачів. Поставлена задача вирішується наступним чином: в ФРП, що містить три антени, які 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, блок демодуляції сигналів, що має чотири входи та блок логічної обробки, причому виходи антен підключені до входів відповідних приймачів, виходи першого і третього приймачів з'єднані з першим та четвертим входами блока демодуляції, а його другий та третій входи з'єднані з виходом другого приймача, новим є те, що до нього введені частотомір та вісім аналого-цифрових перетворювачів (АЦП), блок демодуляції виконаний на двох широкосмугових фазоро 64705 4 зщеплювачах, восьми суматорах з двома входами та восьми амплітудних детекторах (АД), а блок логічної обробки виконаний у вигляді мікропроцесора; причому входи блока демодуляції є входами фазорозщеплювачів, шістнадцять виходів яких з'єднані з відповідними входами суматорів, вісім виходів яких з'єднані з входами АД, а їхні виходи з входами АЦП, виходи яких з'єднані з першими вісьма входами мікропроцесора; вхід частотоміра підключений до виходу другого приймача, його вихід з'єднано з дев'ятим входом мікропроцесора, вихід якого є виходом пеленгатора. На фіг. 1 наведена структурна схема широкосмугового ФРП, а на фіг. 2, 3 - вигляд його ПХ в залежності від різниці довжин неоднозначних баз b . Широкосмуговий фазовий радіопеленгатор (фіг. 1) містить: три антени A1, A2, 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; три ідентичні приймачі 4 - 6; блок демодуляції сигналів 7, що має чотири входи, в складі: двох широкосмугових фазорозщеплювачів 8.1, 8.2, восьми широкосмугових суматорів 9.1 - 9.8 з двома входами та восьми АД 10.1 - 10.2; частотомір 11; вісім АЦП 12.1 - 12.2 і блок логічної обробки (мікропроцесор) 13. Причому виходи антен A1, A2, A3 підключені до входів відповідних приймачів 4 - 6, виходи першого 4 і третього приймачів 6 з'єднані з першим і четвертими входами блока демодуляції 7, а його другий та третій входи з'єднані з виходом другого приймача 5, входи блока демодуляції 7 є входами фазорозщеплювачів 8.1, 8.2, шістнадцять виходів яких з'єднані з відповідними входами суматорів 9.1 - 9.8, вісім виходів яких з'єднані з входами АД 10.1 - 10.8, а їх виходи - з входами АЦП 12.1 - 12.8, виходи яких з'єднані з першими вісьма входами мікропроцесора 13; вхід частотоміра 11 підключено до виходу другого приймача 5, його вихід з'єднаний з дев’ятим входом мікропроцесора 13, вихід якого є виходом пеленгатора. Широкосмуговий фазовий радіопеленгатор працює наступним чином. При дії фронту ЕМХ на виходах антен А1 - А3 утворюються сигнали, які підсилюються приймачами 4 - 6, перетворюються за допомогою блока демодуляції 7 в напругу, що несе інформацію про пеленг (  ) на ДРВ і надходять після АЦП 12.1 - 12.8 в цифровому вигляді в мікропроцесор 13. У мікропроцесорі 13 на першому етапі на відміну від найближчого аналога введена обов'язкова процедура перевірки частоти сигналів, що приймаються, за допомогою частотоміра 11, яка враховується як вим при визначенні пеленгу. Далі для усунення вказаних в аналогу недоліків в мікропроцесорі 13 на основі напруг на виходах демодулятора 7 реалізується алгоритм визначення пеленга за косинусною та синусною ПХ 5 64705  b    F1   cos b sin   cos sin  , 4   2вим  (1)  b    F2    sin  b sin   sin  sin  , (2) 4   2вим  де  - коефіцієнт фази, b  b1  b2 - різниця довжин баз (фіг. 1). Наприклад, при b   / 2 ПХ (1) - (2) можна записати у вигляді  b  b    12  23   , F1   cos 1 2 sin   cos  (1. a) 2вим 4      b  b    12  23   F2    sin  1 2 sin   sin   , (2. а) 2вим 4     6 де 12  b1 sin  - фазовий зсув між першою (А1) та другою (А2) антенами ФРП, а 23  b2 sin  - фазовий зсув між другою (А2) та третьою (А3) антенами ФРП. Вигляд ПХ F1 та F2 згідно виразів (1) і (2) в залежності від  для середньої частоти робочого діапазону ФРП приведений на фіг. 2, 3, де крива 1 - при b   / 2 , крива 2 – при b   , крива 3 при b  2 , які дозволяють обрати різницю довжин баз при заданому однозначному значенні  0 . Розрахункові співвідношення для ПХ при найбільш вживаних на практиці різницях довжин баз для середньої частоти робочого діапазону ФРП мають наступний вигляд: b   / 8 :  2    F   cos b sin   cos12  23   cos 12 cos 23  sin 12 sin 23  S12S12  S S , 1 34 34   (3)  2   34 F2   sin b sin   sin12  23   sin 12 cos 23  cos 12 sin 23  S S12  S12S , 34    (4) b   / 4 : 1  S       23  ,(5) F1   cos b sin    12  2 2         де S  cos12  23   cos sin   S12S12  S S ; 34 34 2   2  sin b sin         F2    sin  b sin     2 cos  b sin        2  sin b sin       2   1  cos b sin   2    2 ˆ S  1  S  2 , (6)  2    ˆ  де S  sin12  23   sin b sin    sin sin   S S12  S12S34 ; 34     2  b   / 2 :       23 F1   cos b sin   cos 12 4  2      23  1  S  1  cos 12  1 2  2    ,  2 2  (7) 7 64705 8   sin b sin          F2    sin  b sin     2  2 cos  b sin      2     sin b sin        1  cos b sin       4 cos b sin    2    2  sin b sin   ˆ S        2  2 1  S   1  1  S  1  cos b sin   2  2     2 1  cos b sin   1   2     1  cos b sin   2   2   2  sin b sin      В виразах (3) - (8)    S12  U1  U  / U1  U   cos12  , 2 2 (9)  S  U  U  / U1  U   sin12  , 34 3 4 2 (10)    S12  U1  U  / U1  U   cos23  , 2 2 (11)  S  U  U  / U1  U   sin23  , 34 3 4 2 (12)  U1  kU 0 1 cos12   kU 0 1 cosb1 sin , (13) U  kU 0 1 cos12   kU 0 1 cosb1 sin  , 2 (14) U  kU 0 1 sin12   kU 0 1 sinb1 sin  , 3 (15) U  kU 0 1 sin12   kU 0 1 sinb1 sin  , 4 (16)  U1  kU 0 1 cos23   kU 0 1 cosb2 sin  , (17) U  kU 0 1 cos23   kU 0 1 cosb2 sin  , (18) 2 U  kU 0 1 sin23   kU 0 1 sinb2 sin  , 3 U  kU 0 1 sin23   kU 0 1 sinb2 sin  , 4 (19) (20) де k - коефіцієнт передачі фазорозщеплювача, суматора і амплітудного детектора, U0 - напруга сигнала на виході приймача. Напруги на виходах АД 10.1, 10.8, що описуються співвідношеннями (13) - (20), отримані за результатами робіт [4 - 6] при виконанні фазорозщеплювачів 8.1, 8.2 і суматорів 9.1 - 9.8 з двома входами на основі широкосмугових квадратурних мостів. Принципові відмінності запропонованого широкосмугового ФРП полягають у удосконалюванні обробки сигналів при більш високих характеристиках щодо точності визначення пеленга в діапазоні радіочастот. (8) Розглянемо варіанти схемної реалізації основних елементів запропонованого ФРП. У якості антен А1 - A3 можна використовувати ненаправлені 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. Приймачі 4 - 6 – стандартні підсилювачі високої частоти. У якості широкосмугових квадратурних мостів можуть бути використані мости Ланге [7]. У якості частотоміра 11 може бути застосований будь-який частотомір діапазону хвиль, що використовується, у тому числі й частотоміри авторів [8, 9]. АЦП 12.1 - 12.8 та мікропроцесор 13 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 широкосмуговий 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. Открытия, патенты, НИИПИ, 1999, № 26. - прототип. 4. Гранкин И. М., Ищенко В. А., Ясинский В. Л. К анализу широкополосных четырехдетекторных фазоизмерительных систем. // «Известия ВУЗов, Радиоэлектроника» К.: 1968, № 4 с. 332. 5. Войтко Ю. Н., Якорнов Е. А. Определение фазовых сдвигов в широкополосных четырехдетекторных фазоизмерительных схемах. // «Известия ВУЗов, - Радиоэлектроника» К.: 1995, № 5, с. 57 61. 9 6. Карпенко Б. О., Якорнов Є. А., Авдєєнко Г. Л. Визначення подвійної різниці фаз у фазових мікрохвилевих системах вимірювання координат. // Збірник наукових праць військового інституту Київського національного університету їм. Тараса Шевченка. К.: 2007, вип.№ 6, с. 28 - 36. 7. Микроэлектронные устройства СВЧ/ Н.Т. Бова, Ю. Г. Ефремов, В. В. Конин и др. К.: Техніка, 1984, - 184 с. 64705 10 8. Авт. свид. № 11935296 (СССР). Измеритель несущей частоты радиосигналов, М. кл. G 01 R 23/00 // Серегин B. C., Федоров В. И., Якорнов Е. А. и др. Открытия, изобретения, ВНИИПИ, 1985, № 43. 9. Патент № 2073941 (Россия). Измеритель несущей частоты радиосигналов, М. кл. G 01 R 23/00 // Войтко Ю. Н., Якорнов Е. А. Открытия, патенты, НИИПИ, 1997, № 30. 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 64705 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601