Спосіб кореляційно-фазової пеленгації та пристрій для його здійснення

Реферат: Группа винаходів належить до галузі радіотехніки. Спосіб кореляційно-фазової пеленгації, згідно з яким кутове положення цілі визначається по відбитому сигналу, який модульований за кутом однотональним гармонійним коливанням з частотою  , містить: по першому каналу розгалуження сигналу на дві рівні частини, одна з яких затримується на сталу часу  2 , друга належить по частоті до частоти гетеродину w  та отримує затримку в часі на сталу часу Ф , одержані сигнали перемножують, після чого на частоті w  отримують сигнал u1(t ) , по другому каналу - сигнал затримують на сталу часу 1 , після чого перемножують з сигналом, затриманим на сталу часу Ф ,з результату перемноження на частоті w  отримують сигнал u 2 (t ) . З сигналів u1( t ) і u 2 (t ) виділяють спектральні складові, розташовані на частотах w   (або w    ), складову регульованого каналу затримують на сталу часу 3 , отримані таким чином сигнали перемножують, а з результату перемноження виділяють постійну складову, рівень якої відповідає кутовому положенню цілі. Пристрій кореляційно-фазової пеленгації містить змішувач, вхід якого є першим входом пристрою, другий вхід змішувача з'єднаний з гетеродином, а вихід через смуговий фільтр з'єднаний з першим входом другого UA 106986 C2 (12) UA 106986 C2 перемножувача, другий вхід другого перемножувача з'єднаний з входом змішувача через другу лінію затримки, перша лінія затримки, вхід якої є другим входом пристрою, з'єднана з першим входом першого перемножувача, другий вхід якого з'єднаний з виходом смугового фільтра, третій перемножував. Введені перший та другий вузькосмугові фільтри, третя лінія затримки, фільтр низьких частот. Винахід дозволяє розширити діапазон однозначного вимірювання кутового положення. UA 106986 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Взаємозв'язана група винаходів належить до галузі радіотехніки і може бути застосована для вимірювання кутового положення цілі як для безперервного, так і імпульсного зондувального сигналів або для виявлення джерела випромінювання. Відомий фазовий пеленгатор [1], в якому сигнали прийняті на дві антени, рознесені в просторі на базову відстань В, підсилюються та обробляються у відповідних каналах. В одному  2 . Після чого сигнали подають на фазовий з каналів фазу сигналу змінюють на дискримінатор. На виході дискримінатора формується напруга, що залежить від кута між напрямком приходу радіохвилі і нормаллю до бази, яка проходить через її середину. Недоліком фазового пеленгатора є неоднозначність відліку кутового положення цілі, залежність точності вимірювання кута від несучої частоти зондуючого сигналу та базової відстані антен. Також відомий, вибраний як прототип, спосіб вимірювання відносної часової затримки  сигналу з кутовою модуляцією [2, 3], згідно з яким, сигнали з двох рознесених на базу В антен обробляються. З першої антени сигнал u1 (t) затримується на регульовану калібровану величину часової затримки θх отримують сигнал u1 (t + θх), який розділюють на дві рівні частини. Одну частину сигналу відносять по частоті на частоту гетеродину wr і затримують на сталу часу 1, одержаний сигнал u1(t + θх+1) перемножують з другою частиною сигналу u1(t + θх), з ’ результату помноження на частоті wr виділяють опорний сигнал u1 (t), у якому індекс модуляції β'  2=const і визначається затримкою на сталу часу 1. З другої антени сигнал u1 (t + τ) затримують на фіксований час θ0 і перемножують з сигналом u1(t + θх+1), отриманим від першої ’’ антени, з результату помноження на частоті wr виділяють сигнал u1 (t), індекс модуляції якого ’ ’’ β"=var змінюється і залежить від значень затримок θ х та . В спектрах сигналів u1 (t) і u1 (t) режектують спектральні складові з частотою wr, одержані сигнали перемножують, після чого на частоті 2wr виділяють гармонічний сигнал u2 (t), як результат згортки спектральних складових режектованих сигналів. Отриманий сигнал детектують по амплітуді. Значення відносної часової затримки  отримують зміною регульованої каліброваної затримки х, доводячи значення напруги u2(t) до рівня рівного нулю. Недоліком способу вимірювання відносної часової затримки сигналу з кутовою модуляцією з антенами не спрямованої дії є неможливість виявлення чверті у координатній системі, в якій розташовано об'єкт, крім цього, на вимірювання кутового положення цілі необхідний певний час для пошуку за допомогою перебудови регульованої каліброваної затримки значення вихідної напруги рівної нулю, що унеможливлює застосування цього способу у моноімпульсній пеленгації. Відомий пристрій фазового пеленгатора [1], що містить два приймальних тракти Пр1 та Пр2, вихід першого тракту з'єднаний з першим входом фазового дискримінатора, вихід другого  з'єднаний через фазозсувач на 2 з другим входом дискримінатора. Використання цього пристрою не дозволяє отримати у пеленгаційній характеристиці лінійну ділянку великої довжини, крім цього, для підвищення точності вимірювань необхідно підвищувати робочу частоту або базову відстань між антенами. Відомий пристрій вимірювача відносної часової затримки τ сигналу з кутовою модуляцією [2, 3] містить регульовану калібровану лінію затримки, вхід якої є першим входом пристрою, а вихід через послідовно ввімкнені сигнальний вхід змішувача, лінію затримки, перший вхід другого перемножувача, перший режекторно-смуговий фільтр, перший вхід третього перемножувача, перший вузькосмуговий фільтр з'єднаний з амплітудним детектором, вихід регульованої каліброваної лінії затримки також з'єднаний з другим входом другого перемножувача, гетеродинний вхід змішувача з'єднаний з гетеродином, вихід лінії затримки також з'єднаний з другим входом першого перемножувача, фіксовану лінію затримки, вхід якої є другим входом пристрою, а її вихід через послідовно ввімкнені перший вхід першого перемножувала, другий режекторно-смуговий фільтр з'єднаний з другим входом третього перемножувача. У цьому пристрої використання неспрямованих антен не дозволяє отримати однозначного вимірювання кутового положення об'єкта, крім цього, відлік кутового положення за необхідності перебудови значення затримки в регульованій лінії потребує деякого часу, тому пристрій виконує своє призначення при досить тривалих сигналах. В основу винаходу поставлено задачу створення нового способу і пристрою кореляційнофазової пеленгації, який має велику довжину лінійної ділянки пеленгаційної характеристики. В основу першого з групи винаходів кореляційно-фазової пеленгації поставлено задачу розширення діапазону однозначного вимірювання кутового положення цілі шляхом виділення зі складу спектра опорного сигналу та спектра сигналу, що регулюється, перших спектральних 1 UA 106986 C2 5 10 15 20 складових з частотами wr+Ω (або wr-Ω), часової затримки сигналу, що регулюється, перемноження отриманих сигналів та виділення з результату перемноження постійної складової, рівень якої відповідає кутовому положенню цілі, що дозволить значно підвищити лінійність пеленгаційної характеристики; В основу другого із групи винаходів кореляційнофазової пеленгації поставлено задачу удосконалення пристрою шляхом з'єднання виходу опорного каналу з першим входом третього перемножувача через вузькосмуговий фільтр з середньою частотою wr+Ω (або wr-Ω), а вихід регульованого каналу з другим входом третього перемножувача через послідовно ввімкнені вузькосмуговий фільтр з середньою частотою wr+Ω (або wr-Ω) та лінії часової затримки, включенням на виході третього перемножувача фільтра низьких частот, що приведе до значного підвищення лінійності пеленгаційної характеристики. Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі кореляційно-фазової пеленгації, згідно з яким, кутове положення цілі визначається по відбитому сигналу, який модульований за кутом однотональним гармонійним коливанням з частотою , містить: по першому каналу розгалуження сигналу на дві рівні частини, одна з яких затримується на сталу часу 2, друга належить по частоті до частоти гетеродину wr та отримує затримку в часі на сталу часу ф, одержані сигнали перемножують, після чого на частоті wr отримують сигнал u1(t), по другому каналу - сигнал затримують на сталу часу 1, після чого перемножують з сигналом, затриманим на сталу часу ф, з результату перемноження на частоті wr отримують сигнал u2(t). Згідно з винаходом з сигналів u1(t) і u2(t) виділяють спектральні складові, розташовані на частотах wr+ (або wr-), складову регульованого каналу затримують на сталу часу 3, отримані таким чином сигнали перемножують, а з результату перемноження виділяють постійну складову, рівень якої відповідає кутовому положенню цілі. Вказаний технічний результат досягається за рахунок того, що з спектра опорного u1(t) та регульованого u2(t) сигналів відповідно з амплітудами 25 30 35 40 45 50 U0   Jn (' ) U0   Jn (' ' ) n   та виділяють U0J1(' ) і U0J1(' ' ) (або U0J1(' ) і перші гармоніки u1’(t) і u2’(t) з відповідними амплітудами U0J1(' ' ) ). Рівень складової опорного сигналу U0J1(' ) (або U0J1(' ' ) ) постійний і має максимальне можливе значення, яке задають часовою затримкою τ х другої лінії затримки 4, забезпечуючи β'  2=const. Рівень складової регульованого сигналу U0J1 (β") (або U0J1(' ' ) ) n  залежить від значення відносної часової затримки , тобто кутового положення цілі φ. Сигнал ’ u2 (t) затримують на деяку сталу часу з цілю забезпечення рівності його фази з фазою сигналу ’ u1 (t), після чого ці сигнали перемножують. З результату перемножування виділяють постійну напругу, відносний рівень якої прямо пропорційний функції Бесселя J1 (β"), яка в свою чергу залежить від індексу модуляції β", а його значення та знак (плюс або мінус) визначають відносною часовою затримкою вхідних сигналів , тобто   2 sin[0.5] , де β - індекс модуляції зондувального сигналу; Ω - частота, що модулює у зондувальному сигналі;  - відносна часова затримка сигналів, яка може приймати значення: позитивні, негативні або нуль. Так як кутове положення цілі φ зв'язано з часовою затримкою виразом B   sin   max sin , c B max  c - максимальне можливе значення відносної часової затримки вхідних сигналів, де діючих на виходах антен. то пеленгаційна характеристика буде відповідати поведінці функції Бесселя першого роду J1(β"). Така обробка сигналу дозволяє суттєво збільшити лінійну ділянку характеристики. Введення в способі нових послідовностей дій: виділення з опорного і регульованого сигналів спектральних складови, розташованих на частоті ω0+Ω (або на частоті w0-Ω) пропорційних функції Бесселя першого порядку J1(β') і J1(β''), затримки складової регульованого сигналу, перемноження цих сигналів, та виділення з результату перемноження постійної складової, дозволяє формувати пеленгаційну характеристику зі збільшеною лінійною ділянкою, поведінка якої відповідає функції Бесселя першого порядку J1(). 2 UA 106986 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Друга поставлена задача вирішується тим, що в пристрій кореляційно-фазової пеленгації, який містить змішувач, вхід якого є першим входом пристрою, другий вхід змішувача з'єднаний з гетеродином, а вихід через смуговий фільтр з'єднаний з першим входом другого перемножувача, другий вхід другого перемножувача з'єднаний з входом змішувача через другу лінію затримки, перша лінія затримки, вхід якої є другим входом пристрою, з'єднана з першим входом першого перемножувача, другий вхід якого з'єднаний з виходом смугового фільтра, третій перемножувач. Згідно з винаходом, в нього введені перший та другий вузькосмугові фільтри, третя лінія затримки, фільтр низьких частот, вихід якого є виходом пристрою, причому вихід другого перемножувача через перший вузькосмуговий фільтр з'єднаний з першим входом третього перемножувача, вихід першого перемножувача через послідовно ввімкнені другий вузькосмуговий фільтр та третю лінію затримки з'єднаний з другим входом третього перемножувача, вихід якого з'єднаний з фільтром низьких частот, вихід фільтра низьких частот є виходом пристрою. На фіг. 1 приведена структурна схема запропонованого пристрою, де 1 - змішувач; 2 гетеродин; 3,4 - перша, друга лінії затримки; 5 - смуговій фільтр; 6, 7 - перший та другий перемножувачи; 8, 9 - перший та другий вузькосмугові смугові фільтри; 10 - третій перемножувач; 11 - третя лінія затримки; 12 - фільтр низьких частот. На фіг. 2 приведена структурна схема аналога, де 1,2 - перший і другий приймальні тракти; 3 - фазовій дискримінатор (перемножувач); 4 - фазосувач. На фіг. 3 приведена структурна схема прототипу, де 1 - калібрована регульована лінія затримки; 2 - фіксована лінія затримки; 3 - змішувач; 4 - гетеродин; 5 - лінія затримки; 6.1, 6.2 перший та другий перемножувачі; 7.1, 7.2 - перший та другий режекторні фільтри; 8 - третій перемножувач; 9 - вузькосмуговий фільтр; 10 - амплітудній детектор; 11 - фільтр низьких частот. Пристрій кореляційно-фазової пеленгації містить опорний канал, вхід якого є першим входом пристрою, який з'єднаний з виходом пристрою через послідовно ввімкнені змішувач 1, другий вхід якого з'єднаний з гетеродином 2, смуговий фільтр 5, другий перемножувач 7, другий вхід якого з'єднаний з входом змішувача 1 через другу лінію затримки 4, перший вузькосмуговий фільтр 8, третій перемножувач 10, фільтр низьких частот 12, вихід якого є виходом пристрою, регульований канал, вхід якого є другим входом пристрою, який з'єднаний з другим входом третього перемножувача 10 через послідовно ввімкнені першу лінію затримки 3, перший вхід першого перемножувача 6, другий вхід якого з'єднаний з виходом смугового фільтра 5, другий вузькосмуговий фільтр 9 та лінію затримки 11. Пристрій відрізняється наявністю нових функціональних вузлів та зв'язків між ними, тобто додатково введені два вузькосмугових фільтри 8 і 9, лінія затримки 11 та фільтр низьких частот 12. Пристрій працює таким чином: Сигнал прийнятий на дві рознесенні в просторі антени має простору часову затримку τ і поступає на відповідні входи пристрою. На першому вході діє сигнал u(t )  Uc cos[w0f   sin( t )]. На другому вході - сигнал з відносною часовою затримкою τ u(t+)=Uc cos[w0 (t + ) + βsin[Ω(t + )]], де w0 - несуча частота; β - індекс модуляції сигналу зондування; Ω - модулююча частота. У опорному каналі сигнал ділиться на дві частини. Перша частина за допомогою змішувача 1 зміщується в низ по частоті на частоту wT гетеродина 2, яка виділяється смуговим фільтром 5 і подається на перший вхід другого перемножувача 7. На другий вхід перемножувача 7 через другу лінію затримки 4 подається сигнал з входу змішувача 1. У результаті перемножування на виході другого перемножувача 7 на частоті wr формується сигнал з кутовою модуляцією у вигляді u1( t )  U1 cos[w г t  ' sin[ t]  1]  U1 50 55   Jn (' ) cos[(wг  n)t  1], n  де   2 sin[0,5(2  Ф )]  2,0 - заново сформований індекс модуляції, в якому 2 - часова затримка другої лінії затримки 4, а ф - затримка у смуговому фільтрі 5; φ1 - деяка начальна фаза. У регульованому каналі сигнал u(t+) затримується першою лінією затримки 3 на сталу часу рівну , (стала часу , має дорівнювати ф) отримуємо сигнал u(t++1)=U'c cos[w0 (t + + 1) + βsin[Ω(t + + 1)]]. 3 UA 106986 C2 5 Сигнал u(t +  + 1) перемножується з сигналом з виходу смугового фільтра 5, який описується виразом u(t+Ф)=U'c cos[(w0-wг) + βsin[Ω(t + Ф)]], з результату перемноження на виході першого перемножувача 6 на частоті wг формується сигнал u2 ( t )  U1 cos[w г t  ' ' sin[ t ]  2 ]  U1   Jn (' ' ) cos[(wг  n)t  2 ], n  10   2 sin[0,5(  1  Ф )]  2 sin( 0,5) - знов сформований індекс модуляції де регульованого каналу. Вузькосмуговими фільтрами 8 та 9 у сигналах u1(t) та u2(t) виділяються спектральні складові з частотами (wг+Ω), в результаті отримуємо сигнали: опорний u  ( t )  U J () cos[( w  )t   ], 1 15 20 25 30 35 40 1 1 г 1 регульований u2 ( t )  U1J1() cos[( w г  )t  2 ]. ’ Регульований сигнал u2 (t) затримують у третій лінії затримки 11 на сталу часу 3 значення ’ ’ якої вибирається з умови забезпечення рівність фаз сигналів u1 (t) і u2 (t), діючих на входах третього перемножувача 10, при рівнянні просторої затримки нулю. З виходу третього перемножувача 10 фільтром низьких частот 12 виділяється постійна напруга uвых(t )  U2J1() cos[(w0  0,5)]  KJ1 cos[(w0  0,5)]. При зміні кутового положення цілі змінюється простора затримка , яка приймає значення від мінус max до плюс max при цьому індекс модуляції β" буде приймати значення від мінус β"max-2,0 до плюс β"max2,0, що приведе до відповідної зміни функції Бесселя J1(β"), якою B   sin   max sin , c визначається пеленгаційна характеристика. З урахуванням залежності де φ - кутове положення джерела випромінювання, пеленгаційна характеристика F(φ) описується виразом F()  J1[2 sin(0,5max sin )] cos[(w0  0,5)] і матиме вигляд як на фіг. 4. Джерела інформації: 1. Радіотехніка: Енциклопедичний навчальний довідник / [Бєлінський В.Т., Васюк ГЛ., Вунтесмері B.C. и інш.]; за ред. Ю.Л. Мазора, Є.А. Мачуського, ВЛ. Правди. - К.: Вища школа, 1999.-838с. 3. Сорочан А.Г…/-корреляционный метод пеленгации / А.Г. Сорочан // Изв. вузов. Радиоэлектроника.-2001. - № 11. - С. 57-65. 2. Патент 42816 Україна, GO IS 3/00. Спосіб вимірювання тимчасової затримки модульованого сигналу при його проходженні окремими каналами розповсюдження та пристрій для його здійснення / Сорочан А.Г., Лігінов СМ., Литвиненко В.І. -№ 97073670; заявл. 09.07.1997; опубл. 15.11.2001, - Бюл. № 10. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб кореляційно-фазової пеленгації, згідно з яким кутове положення цілі визначається по відбитому сигналу, який модульований за кутом однотональним гармонійним коливанням з частотою , містить: по першому каналу - розгалуження сигналу на дві рівні частини, одна з яких затримується на сталу часу 2, друга належить по частоті до частоти гетеродину wr та отримує затримку в часі на сталу часу ф, одержані сигнали перемножують, після чого на частоті wг отримують сигнал u1(t), по другому каналу - сигнал затримують на сталу часу 1, після чого перемножують з сигналом, затриманим на сталу часу ф, з результату перемноження на частоті wг отримують сигнал u2(t), який відрізняється тим, що з сигналів u1(t) і u2(t) виділяють спектральні складові, розташовані на частотах wr+ (або wr-), складову регульованого каналу затримують на сталу часу 3, отримані таким чином сигнали перемножують, а з результату перемноження виділяють постійну складову, рівень якої відповідає кутовому положенню цілі. 2. Пристрій кореляційно-фазової пеленгації, який містить змішувач, вхід якого є першим входом пристрою, другий вхід змішувача з'єднаний з гетеродином, а вихід через смуговий фільтр 4 UA 106986 C2 з'єднаний з першим входом другого перемножувача, другий вхід другого перемножувача з'єднаний з входом змішувача через другу лінію затримки, перша лінія затримки, вхід якої є другим входом пристрою, з'єднана з першим входом першого перемножувача, другий вхід якого з'єднаний з виходом смугового фільтра, третій перемножувач, який відрізняється тим, що в нього введені перший та другий вузькосмугові фільтри, третя лінія затримки, фільтр низьких частот, причому вихід другого перемножувача через перший вузькосмуговий фільтр з'єднаний з першим входом третього перемножувача, вихід першого перемножувача через послідовно вимкнені другий вузькосмуговий фільтр, третю лінію затримки з'єднаний з другим входом третього перемножувача, вихід якого з'єднаний з фільтром низьких частот, вихід фільтра низьких частот є виходом пристрою. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 5