Багатоканальний пеленгатор джерел випромінювання сигналів шумового походження

Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в пассивных радиолокационных, радионавигационных и других сложных системах, содержащих антенную решетку it многоканальное приемное устройство. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является многоканальный пеленгатор источников излучения сигналов шумового происхождения [5], который выбран в качестве прототипа. Прототип содержит антенную решетку, линейные тракты аналоговых приемных модулей, аналогоцифровые преобразователи, решающее устройство. При этом выход каждого элемента антенной решетки подключен к входу последовательно соединенных линейного тракта аналоговых приемных модулей и аналого-цифрового преобразователя, выходы которых соединены со входами решающего устройства, определяющего оцененное значение угловой координаты источника излучения сигнала шумового происхождения. Прототип работает следующим образом. На антенную решетку (АР), воздействуют электромагнитные волны от источников излучения сигналов шумового происхождения (ИИСШП). С выходов каждого элемента АР принятые сигналы поступают на входы соответствующи х линейных трактов аналоговых приемных модулей (ЛТАПМ). Вектор-столбец комплексных амплитуд напряжений принятых сигналов представим в виде [7] где - количество ИИСШП; - комплексная амплитуда напряжения сигнала от ИИСШП, на выходе произвольного антенного элемента при единичном амплитудно-фазовом множителе - вектор-столбец амплитудно-фазового распределения сигналов ИИСШП на апертуре АР - вектор-столбец комплексных амплитуд вн утренних шумов ЛТАМП; - количество элементов антенной решетки. С выходов ЛТАП М сигналы поступают на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП), где они преобразуются в цифровой вид количество отсчетов напряжений во времени). С выходов АЦП оци фрованные сигналы поступают на входы решающего устройства (РУ), которое реализует алгоритм пеленгации на основе оценки пространственного спектра где - вектор-столбец (алгоритм Кейпона) [5] пространственного опорного сигнала вида [7] - текущий угол обзора пространства; - шаг антенной решетки; - длина волны; - оценка корреляционной матрицы сигналов ИИСШП [7] - оцифрованные сигналы с выходов АЦП; - знаки комплексного сопряжения и транспонирования соответственно. На выходе РУ имеет оценки угловых координат ИИСШП, которые определяются по максимумам пеленгационного рельефа (фиг.3, кривая 1), полученного по формуле (2). Недостатком такого устройства является то, что его потенциальные возможности могут быть реализованы при обеспечении надлежащей идентичности амплитудно-фазовых характеристик (АФХ) ЛТАП М многоканального пеленгатора. Вместе с тем неизбежное рассогласование АФХ ЛТАП М в процессе эксплуатации пеленгатора, приводит к появлению систематической ошибки и является причиной Снижения точности определения угловых координат ИИСШП. Известно также, что построение приемных трактов с высокой степенью идентичности представляет достаточно сложную те хническую задачу [5]. В основу предполагаемого изобретения поставлена задача предложить такой многоканальный пеленгатор, в котором влияние неидентичностей АФХ ЛТАМП на сигналы, принятые антенной решеткой, сказывалось бы несущественно. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема преобразователя Адамара при равном 8. Поставленная задача решается тем, что многоканальный пеленгатор источников излучения сигналов шумового происхождения, содержащий антенную решетку (АР), каждый выход элементов которой, подключен к последовательно соединенным линейному тракту аналоговых приемных модулей (ЛТАПМ) и аналогоцифровому преобразователю, выходы которых подключены к входам решающего устройства, выходом которого является оцененное значение угловой координаты источника излучения сигнала шумового происхождения, отличающийся тем, (фиг.1), что в него дополнительно введен преобразователь Адамара (ПА), содержащий элементов фидерного тракта реализующи х суммарно-разностную обработку, поступивши х на их входы сигналов (далее по тексту элементы суммарно-разностной обработки (ЭС-РО)), где причем равно 1, 2, 3, 4 и т.д. Для удобства чтения или составления схемы, ЭС-РО предлагается располагать в виде элементов прямоугольной матрицы размерностью на - количество строк, - количество столбцов), ЭС-РО соединены между собой, причем выход 3 ЭС-РО подключен к входу 1 ЭС-РО выход 3 ЭС-РО выход 4 ЭС-РО подключен к входу 2 ЭС-РО подключен к входу 1 ЭС-РО вы ход 4 ЭС-РО подключен к входу 2 ЭС РО где - номер столбца и принимает значения в пределах от 1 до с шагом 1, - номер строки который принимает значения в пределах от 1 до деленное на 2 с шагом 1, - номер строки, который принимает значения в пределах от 1 плюс дробь, в числителе которой а в знаменателе 2, до с шагом 1, равно дроби в числителе которой а в знаменателе 2 в степени коэффициент указывающий на наличие связей между ЭС-РО и принимает значения в пределах от 1 до с шагом 1 равно 1 - соединения между ЭС-РО 1 - го и 2 - го столбца, равно 2 - соединения между ЭС-РО 2 - го и 3 - го столбца, и т.д. до числителе которой равно соединения между ЭС-РО и столбца), равно дроби в умноженное на а в знаменателе 2 в степени минус 1, принимает значения в пределах от н уля до дробь в числителе которой а в знаменателе входов, которыми являются входы 1 и 2 ЭС-РО первого столбца являются входы 1 ЭС-РО являются входы 2 ЭОРО минус 1, с шагом 1, П А имеет причем входами ПА от 1 до где принимает значения от 1 до соответственно, входами ПА от до соответственно, ПА имеет вы ходов, которыми являются выходы 3 и 4 ЭС РО последнего столбца причем нечетными выходами ПА от 1 до являются вы ходы 3 ЭС-РО соответственно, а четными выходами ПА от 2 до являются выходы 4 ЭС-РО соответственно, при этом выход элемента АР подключен к входу ПА, выход которого соединен с входом ЛТАПМ На фиг.2 представлено предлагаемое расположение и соединение ЭС-РО, показаны входы и выходы ПА при равно 8. Введение преобразователя Адамара (ПА) позволяет уменьшить влияние систематической ошибки, вносимой за счет неидентичностей амплитудно-фазовых характеристик ЛТАП М, на сигналы принятые АР. Предлагаемое устройство содержит: (фиг.1) антенную решетку 1, преобразователь Адамара 2, линейные тракты аналоговых приемных модулей 3, аналого-цифровые преобразователи 4, решающее устройство 5. Антенная решетка 1 представляет собой линейную эквидистантную элементную антенную решетк у с шагом d [2]. Преобразователь Адамара 2 (фиг.2), содержит элементов суммарно-разностной обработки (ЭС-РО) в качестве которых могут быть использованы, например двойной волноводный тройник, кольцевой мост [4] (с.43 - 44, рис.3.8,3.9). В матричной форме преобразование Адамара, для имеет вид [1] (с.89, рис.5.7,6): ЛТАП М включают в себя, последовательно соединенные, усилитель высокой частоты, преобразователь частоты, фильтр промежуточных частот, усилитель промежуточной частоты. Аналого-цифровые преобразователи представляют собой, например интегральные микросхемы К1107ПВ1 [3]. Решающее устройство 5, представляет собой спецвычислитель, например ВППК-процессор [6] (с.175 181, рис.9.1). Предлагаемое устройство работает следующим образом (рассмотрен частный случай при при воздействии электромагнитных волн от ИИСШП на АР, с выходов каждого ее элемента на вход ПА поступают сигналы вида (1). На выходе П А имеем: где - квадратная, невыраженная матрица Адамара; - вектор-столбец принятых АР сигналов вида (1). С выходов П А преобразованные сигналы поступают на соответствующие входы ЛТАП М. В результате прохождения сигналов через ЛТАПМ, происходит их искажение за счет неидентичностей амплитуднофазовых характеристик (АФХ) аналоговых приемных модулей. Неидентичности АФХ ЛТАПМ представим в виде диагональной матрицы [5] где - ве щественный множитель, характеризующий амплитудные искажения в - ве щественный множитель, характеризующий фазовые искажения в ЛТАП М; ЛТАПМ - вещественный множитель, характеризующий фазовые искажения в градусах. В результате прохождения сигналов через ЛТАПМ имеем: С выходов ЛТАП М сигналы ЛТАП М выраженные в поступают на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП), где они преобразуются в ци фровой вид где количество отсчетов напряжений во времени. После прохождения АЦП оцифрованные сигналы поступают на входы РУ, которое реализует алгоритм пеленгации источников излучения на основе оцененной корреляционной матрицы (алгоритм Кейпона), приведенный в виде формулы (2). Так как оценка корреляционной матрицы производится по преобразованным и искаженным сигналам, то формула (2) примет вид где - преобразованный вектор-столбец пространственного опорного сигнала - оценка корреляционной матрицы по преобразованным и искаженным сигналам ИИСШП [7] На выходе РУ имеем оценки угловых координат ИИСШП которые определяются по максимумам пеленгационного рельефа (фиг.3, кривая 2) полученного по формуле (9). При этом наблюдается, что для сигналов преобразованных с помощью преобразователя Адамара влияние неидентичностей АФХ ЛТАП М сказывается несущественно. Таким образом, использование в предлагаемом устройстве преобразователя Адамара обеспечивает уменьшение систематической ошибки вносимой за счет влияния неидентичностей АФХ ЛТАП М, а следовательно повышение точности оценки угловы х координат ИИСШП. Совокупность отличительных признаков предлагаемого устройства, заключающих в наличии нового, по сравнению с прототипом, элемента-преобразователя Адамара, который содержит F ЭС-РО, новые связи между ними, новые связи между АР и ПА, а также новые связи между ПА и ЛТАПМ и отличительный признак, количество элементов антенной решетки равно 2 в степени где и т.д., являются существенными, поскольку именно эти признаки, в совокупности, обеспечивают получение технического результата, заключающегося в уменьшении систематической ошибки вносимой за счет влияния неидентичностей АФХ ЛТАП М на сигналы принятые АР. Предлагаемое техническое решение направлено на повышение точностных характеристик многоканальных приемных систем. Поэтому сопоставительный анализ с базовым объектом проведем по повышении точности оценки угловых координат ИИСШП. В качестве базового объекта возьмем прототип, поскольку известное устройство является устройством, которое осуществляет обработку, принятых АР, сигналов алгоритмом Кейпона. Исследования произведены методом математического моделирования на примере 8 - ми элементной линейной эквидистантной АР, при условии, что два ИИСШП находятся в точках с координатами и относительно нормали к раскрыву АР, выраженных в долях ширины диаграммы направленности антенной решетки при согласованной обработке [7]. На фиг.3 представлена зависимость при одинаковых начальных условиях кривая 1 получена по формуле (2), кривая 2 по формуле (9), и градусов); на фиг.4 зависимость абсолютной погрешности полученная по формуле (10), для и алгоритмами (2) и (9), при градусов. В результате проведенных исследований алгоритмов обработки сигналов без преобразования Адамара (2) и с преобразованием Адамара (9) получен ряд значений. Анализ результатов моделирования показал, что предлагаемое преобразование Адамара практически не уменьшает систематические ошибки вносимые за счет неидентичности амплитудных характеристик ЛТАП М. В то же время удается существенно уменьшить влияние неидентичностей фазовых характеристик. В таблице представлены результаты, расчета систематической ошибки для различных значений вещественного множителя неидентичности фазовых характеристик в ЛТАП М выраженного в градуса х. Систематическая ошибка (СО) где характеризующего оценки угловых координат рассчитана по формуле - истинная угловая координата ИИСШП; - оцененное значение угловой координаты ИИСШП. Значения и в таблице - это СО для алгоритма Кейпона без использования преобразований Адамара (2) и с преобразованием Адамара (9) соответственно. Значения и - это СО для алгоритмов (2) и (9) соответственно. Таблица для наглядности дублируется графиками, приведенными на фиг.4, где кривые 1, 2 получены по формуле (2) (без преобразования Адамара), а кривые 1', 2' получены по формуле (9) (с использованием преобразования Адамара), кривая 1 соответствует кривая 1' кривая 2 кривая 2' Анализируя графики видно, что СО оценки угловой координаты (УК) по алгоритму (9) более чем в 5 раз меньше по сравнению с СО оценки угловой координаты алгоритмом (2). Из таблицы также видно, что при неидентичностях фазовых характеристик до 5 градусов СО оценки УК алгоритмами (2) и (9) не имеют существенных различий. При неидентичностях ФХ в пределах от 5 до 40 градусов появляются существенные различия систематических ошибок алгоритмов (2) и (9), этот участок является зоной эффективности алгоритма (9). С увеличением неидентичностей ФХ более 40 градусов наблюдается увеличение СО оценки УК как алгоритмом (2), так и алгоритмом (9). Причем СО оценки УК по алгоритму (9) стремится к СО оценки УК алгоритмом (2). Как видно из приведенных результатов исследования, в предлагаемом устройстве систематическая ошибка оценки угловых координат уменьшена в пределах от 2 до 5 раз, в зоне эффективности алгоритма (9) по сравнению с базовым объектом. Таким образом, введение нового элемента и новых связей в предлагаемом устройстве обеспечивает существенное уменьшение влияния неидентичностей фазовых характеристик ЛТАПМ на систематическую ошибку оценки угловой координаты. Результаты математического моделирования на примере 8 - ми элементной линейной эквидистантной АР подтверждают возможность уменьшения систематической ошибки вносимой за счет влияния неидентичностей ФХ ЛТАП М путем применения преобразователя Адамара.