Пристрій двоканального однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу на джерело радіовипромінювання станціями радіомоніторингу на несучій частоті вхідних сигналів

Реферат: Пристрій двоканального однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу на джерело радіовипромінювання станціями радіомоніторингу на несучій частоті вхідних сигналів в умовах часткової або повної невизначеності параметрів характеризується тим, що з метою моноімпульсного вимірювання відносного пеленгу на джерело радіовипромінювання використовується однобазовий антенний пристрій і двоканальна фазометрична інтерференційна система обробки квадратурних складових вхідних сигналів на несучій частоті, а також до його складу введені гетеродин, фазообертач, два суматори, дільник напруги і спеціальний обчислювач. UA 122275 U (12) UA 122275 U UA 122275 U 5 10 15 Корисна модель належить до галузі радіотехніки і може бути застосована для всього різноманіття станцій радіомоніторингу та в інших засобах (наприклад засобах радіоконтролю тощо), що проводять моноімпульсне пеленгування джерел радіовипромінювань з обробкою на несучій частоті вхідних сигналів [1-3]. Найбільш близьким рішенням, вибраним за прототип, є однобазовий двоканальний фазовий пеленгатор джерел радіовипромінювань інтерференційного типу [4]. Тут моноімпульсне пеленгування відбувається за рахунок утворення кутової дискримінаційної характеристики антенною системою з багатопелюстковою діаграмою направленості і може бути реалізоване як амплітудним, так і фазовим методами з вимірюванням різниці фаз сигналу, прийнятого двома або більше слабко направленими елементами фазованої антенної решітки. Для реалізації незалежного одночасного багатоканального і ненаправленого прийому необхідно мати повний комплект антенно-фідерних і приймальних пристроїв на кожен канал. При цьому реалізація пеленгатора з кількістю каналів прийому більше двох часто є проблематичною. Враховуючи наведене, найбільш прийнятним для розгляду є двоканальний варіант побудови пеленгатора, антенна система якого складається з двох парціальних антен, що мають ідентичні діаграми направленості [5, 6] і описуються виразами: 2 20 2    0     0  F1  F1()  1  4    ; F2  F2 ()  1  4   , (1)        де F (), F2()  0; 1  - ширина діаграми направленості антени на рівні 0,5 потужності; 0 - кут між осями парціальних діаграм направленостей антен в азимутальній площині. У кожний приймальний канал надходить адитивна суміш сигналів джерел радіовипромінювання (ДРВп) s(t ) і завад n(t ) - білий гауссівський шум, що спостерігаються на інтервалі (t  T, t ) : 25 30 35 x1(t )  s1(t )  n1(t ); x2(t )  s2(t )  n2(t), (2) де s1(t )  F ()S cos(st    ); s2(t )  F2()S cos(st    ) - сигнали ДРВп, що прийняті 1 антенами; s , S - несуча частота і амплітуда прийнятого сигналу;  s ,  - довжина хвилі і початкова фаза прийнятого сигналу; d sin  - фазовий набіг, що утворюється за рахунок різниці ходу хвилі до рознесених на s відстань d фазових центрів парціальних антен; ni (t )  Ni cos(it  o ) - білий гауссівський шум (завада) на вході приймальних каналів.  Для сигналів x1(t ) та x 2 (t ) умовний гауссівський функціонал правдоподібності має таке граничне значення:    f x1( t ), x2 (t ) S, s,   lim exp {2 2  1 t 2 2  ([x1(t )  s1(t )  n1(t )]  [ x2(t )  s2(t )  n2(t )] )dt }, (3) T t T де  - константа, що не залежить від інформативних параметрів. Для отримання безумовного функціоналу правдоподібності вираз (3) інтегрується за випадковими параметрами - в даному випадку за параметром  , і отримується умовна оцінка 40 45 відносного пеленгу  * (для відомих  s та S ). Недоліками пристрою, що реалізований на базі однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу, є недостатня точність отриманих оцінок, які не відповідають умовам Крамера - Рао [6] щодо їх незміщеності, оптимальності, ефективності. В [4] запропоновано спосіб двоканального фазового моноімпульсного пеленгування джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу і показана можливість формування незміщеної оптимальної оцінки відносного пеленгу  * , яка обчислюється за виразом (4) з використанням квадратурних складових прийнятих сигналів в пеленгаційних каналах: 1 UA 122275 U t t  *  * U  *  arcsin н arctg 1   arcsin н arctg([  x1( t ) cos нtdt   x 2 ( t ) sin нtdt   2d  2d U2  t T t T     t  x1( t ) sin нtdt t T 10 t T x 2 ( t ) cos нtdt ][ t  t T x1( t ) cos нtdt  t  x2 ( t ) cos нtdt  , (4) t T    x1( t ) sin нtdt  x 2 ( t ) sin нtdt ]1   t T t T  де *н - оцінка довжини хвилі вхідного сигналу з несучою частотою н , яка відома або вимірюється окремим вимірювачем миттєвої частоти; d - величина фазометричної бази антенної системи пеленгатора; x1(t )  S1(t )  n1(t ); x2(t )  S2(t )  n2(t ) - сигнально-завадова суміш у приймальних каналах пеленгатора; S1(t )  S(t ) cos[нt    (t )], S2(t)  S(t ) cos[нt    (t )] - корисні сигнали на вході приймальних каналів пеленгатора; d  sin  - фазовий набіг, що утворюється за рахунок різниці ходу хвилі до рознесених на н відстань d фазових центрів парціальних антен; незалежні внутрішні шуми у n1(t )  N1(t ) cos[0t  1(t )], n2(t )  N2(t ) cos[0t  2(t )] приймальних каналах пеленгатора; t 5 t  U1  [ t t  t T x1( t ) cos нtdt t  t T x 2 ( t ) sin нtdt  t  t T x1( t ) sin нtdt t  x 2 ( t ) cos нtdt - сигнал різницевого t T каналу обробки; 15 20 25 30 35 40 U2  [ t  t T x1( t ) cos нtdt t  t T x 2 ( t ) cos нtdt  t  t T x1( t ) sin нtdt t  x 2 ( t ) sin нtdt - сигнал сумарного t T каналу обробки; x1(t ) cos нt  x1c та x1(t ) sin нt  x1s; x2(t ) cos нt  x2c та x2(t ) sin нt  x2s - квадратурні (косинусоїдальна і синусоїдальна) складові сигналів x1(t ) та x 2 (t ) відповідно. З аналізу наведених співвідношень витікає, що для синтезу структурної схеми однобазового фазового двоканального пеленгатора, який буде складатися з сумарного і різницевого каналів, необхідні відповідні пристрої обробки сигналів, які мають забезпечувати: прийом і селекцію вхідних сигналів x1(t ) та x 2 (t ) основним і додатковим каналами; формування квадратурних складових x1c , x1s; x2c , x2s прийнятих сигналів x1(t ) та x 2 (t ) ; обчислення інтегралів кореляційних функцій сумарного та різницевого сигналів, здійснення їх обробки і нормування; обчислення зворотних тригонометричних функцій arctg і arcsin та отримання оцінки відносного пеленга  * за виразом (4). На кресленні показана структурна схема пристрою двоканального однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу на джерело радіовипромінювання станціями радіомоніторингу на несучій частоті вхідних сигналів. З урахуванням наведеного, структурна схема пеленгатора, синтезована за виразом (4), є однобазовою та двоканальною і складається з таких елементів: антенної системи 1 (основного каналу прийому) і 8 (додаткового каналу прийому) з фазометричною базою d , на виході якої формуються сигнали x1(t ) та x 2 (t ) ; інтеграторів (2 та 3) основного і додаткового (9 та 10) каналу прийому, на входи яких надходять квадратурні (косинусоїдальні і синусоїдальні) складові сигналів x1(t ) та x 2 (t ) , прийнятих каналами пеленгатора на несучій частоті н і сигнал uг (t )  Uг cos 0t з виходу гетеродина (14) на частоті 0  н ; фазообертача (15), що здійснює зміну початкової фази напруги гетеродина на  / 2 і забезпечує формування квадратурних каналів обробки; перемножувачів (4, 5) основного і додаткового (11, 13) каналу прийому, на входи яких надходять сигнали з відповідних виходів інтеграторів; 2 UA 122275 U 30 суматорів основного (6) і додаткового (12) каналу прийому, на виходах яких формуються сумарна і різницева напруги U1 і U 2 ; дільника напруг U1 і U 2 (7) та спеціального обчислювача (16) тригонометричних функцій arctg і arcsin. Структурна схема пеленгатора працює у такий спосіб. Вхідні сигнали x1(t ) та x 2 (t ) з виходів антен основного (1) і додаткового (8) каналів подаються на інтегратори основного (2, 3) та додаткового (9, 10) каналів. На їх другі входи для створення квадратурних каналів обробки від гетеродину і фазообертача на  / 2 подається сигнал на частоті 0  н . На виході інтеграторів (2) і (3) основного каналу формуються квадратурні (косинусоїдальна і синусоїдальна) складові сигналу x 1c та x1s , при цьому сигнал x 1c з виходу першого інтегратора (2) основного каналу подається на перший вхід першого перемножувача (4) основного каналу та на перший вхід другого перемножувача (5) основного каналу, а сигнал x1s з виходу першого інтегратора (9) додаткового каналу подається на перший вхід першого перемножувача (11) додаткового каналу та на перший вхід другого перемножувала (13) додаткового каналу. На виході інтеграторів (9) і (10) додаткового каналу також формуються квадратурні (косинусоїдальна і синусоїдальна) складові x2c та x 2s , при цьому сигнал x2c з виходу першого інтегратора (9) додаткового каналу подається на другий вхід першого перемножувача (4) основного каналу та на другий вхід другого перемножувача (13) додаткового каналу, а сигнал x 2s з виходу другого інтегратора (10) додаткового каналу подається на другий вхід першого перемножувача (11) додаткового каналу та на другий вхід другого перемножувача (5) основного каналу, вихід якого є першим входом суматора (6) основного каналу. Сигнал x 2s з виходу другого інтегратора (10) додаткового каналу подається на другий вхід першого перемножувача додаткового каналу (11) та на другий вхід другого перемножувача основного каналу (5), вихід якого є другим входом суматора основного каналу (6), при цьому вихід першого перемножувача (11) додаткового каналу є першим входом суматора (12) додаткового каналу, на другий вхід якого подається сигнал з виходу першого перемножувача (4) основного каналу, а вихід суматора (12) додаткового каналу, де сформований сигнал ( x1Cx2C  x1Sx2S ) є першим входом дільника (7), на другий вхід якого подається вихідний сигнал 35 ( x1Cx2S  x2Cx1S ) з виходу суматора (6) основного каналу. У результаті на виході дільника (7) формується сигнал, пропорційний напрузі: U  U1 / U2  ( x1Cx2S  x2Cx1S ) /( x1Cx2C  x1Sx2S ) , (5) яка подається на вхід спеціального обчислювача (16), де розраховується значення шуканої оцінки: 5 10 15 20 25  *  * U  x x  x 2c x1s  (6)  *  arcsin н arctg 1   arcsin н arctg 1c 2s  2d  2d U2  x1c x 2c  x 2s x 2s      40 45 50 за умови, що значення частоти н (довжина хвилі *н ) відоме або може бути вимірюване окремими пристроями вимірювання миттєвої частоти. Вихід спеціального обчислювача (16) і є виходом пеленгатора. Таким чином, розроблений пристрій двоканального однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу на джерело радіовипромінювання станціями радіомоніторингу на несучій частоті вхідних сигналів в умовах часткової або повної невизначеності параметрів відрізняється від відомих тим, що з метою моноімпульсного вимірювання відносного пеленгу на джерело випромінювання використовується однобазовий антенний пристрій (1) і (8) та двоканальна фазометрична інтерференційна система обробки квадратурних складових вхідних сигналів на несучій частоті у вигляді основного (2-6) і додаткового каналів (9-13), а також до його складу введені гетеродин (14), фазообертач на  / 2 (15), дільник напруги (7) і спеціальний обчислювач (16). Для підвищення точності вимірювання відносного пеленгу застосовується додаткова зворотна дискримінаційна характеристика [4], яка формується спеціальним обчислювачем. Все обладнання (фіг. 1) містить: дві антенні системи - основну (1) і додаткову (8); два інтегратори (2 - перший і 3 - другий) основного (різницевого) каналу; два перемножувачі (4 перший і 5 - другий) основного каналу; суматор (6) основного каналу; два інтегратори (9 перший і 10 - другий) додаткового (сумарного) каналу; два перемножувачі (11 - перший і 13 3 UA 122275 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 другий) додаткового каналу; суматор (12) додаткового каналу; гетеродин (14); фазообертач (15); дільник напруги (7) і спеціальний обчислювач (16), вихід якого і є виходом пристрою, що заявляється. При цьому вхідні сигнали з виходів антен (1) і (8) основного та додаткового каналів подаються на входи основного (різницевого) (2-6) і додаткового (сумарного) (9-12) каналів обробки: сигнал з виходу антенної системи (1) подається на перший вхід першого інтегратора (2) основного каналу і перший вхід другого інтегратора (3) основного каналу, на другі входи яких для створення квадратурних складових подаються сигнали з виходу гетеродина (14) і фазообертача (15); сигнал з виходу першого інтегратора (2) основного каналу подається на перший вхід першого перемножувача (4) основного каналу, на другий вхід якого подається сигнал з виходу першого інтегратора (9) додаткового каналу, і на перший вхід другого перемножувача (5) основного каналу, на другий вхід якого подається сигнал з виходу другого інтегратора (10) додаткового каналу, вихід другого перемножувача (5) основного каналу є першим входом суматора (6) основного каналу, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого перемножувача (13) додаткового каналу; вихідний сигнал суматора (6) основного каналу подається на перший вхід дільника (7), другий вхід якого з'єднаний з виходом суматора (12) додаткового каналу; сигнал з виходу антенної системи (8) подається на перший вхід першого інтегратора (9) додаткового каналу і перший вхід другого інтегратора (10) додаткового каналу, на другі входи яких для створення квадратурних складових подаються сигнали з виходу гетеродина (14) і фазообертача (15); сигнал з виходу першого інтегратора (9) додаткового каналу подається на другий вхід першого перемножувача (4) основного каналу і на перший вхід другого перемножувача (13) додаткового каналу, на другий вхід якого подається сигнал з виходу другого інтегратора (3) основного каналу; сигнал з виходу другого інтегратора (10) додаткового каналу подається на перший вхід першого перемножувала (11) додаткового каналу, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого інтегратора (3) основного каналу; сигнал з виходу першого перемножувача (11) додаткового каналу подається на перший вхід суматора (12) додаткового каналу, на другий вхід якого подається сигнал з виходу першого перемножувача (4) основного каналу; сигнал з виходу суматора (12) додаткового каналу подається на другий вхід дільника (7), вихід якого з'єднаний з входом спеціального обчислювача (16), вихід якого і є виходом пристрою, що заявляється. Аналіз пристрою, що заявляється, показує, що він відрізняється тим, що з метою моноімпульсного вимірювання відносного пеленгу на джерело радіовипромінювання використовується однобазовий антенний пристрій (1 і 8) і двоканальна фазометрична інтерференційна система обробки квадратурних складових вхідних сигналів на несучій частоті (2-6 - основний та 9-12 - додатковий канали), а також до його складу введені гетеродин 14, фазообертач 15, дільник напруги 7 і спеціальний обчислювач 16. Таким чином, пристрій двоканального однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу на джерело радіовипромінювання станціями радіомоніторингу на несучій частоті вхідних сигналів, що заявляється, відповідає критерію корисної моделі "новизна". Джерела інформації: 1. Роде Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию / Пер. с англ. Б.М. Герасимова, Под ред. Л.Д.Бахраха. - М.: Сов. радио, 1960. - 160 с. 2. Леонов А.И. Моноимпульсная радиолокация. / А.И. Леонов, К.И. Фомичев. - М.: Сов. радио, 1970. - 392 с. 3. Рембовский A.M. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / A.M. Рембовский, А.В. Ашимхин, В. А. Козьмин; Под ред. A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с. 4. Казаров А.А., Войтко В.В., Ільницький А.І., Спосіб двоканального фазового моноімпульсного пеленгування джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу. Патент на корисну модель № 107503. - Бюл. № 11, 10.06.2016. 5. Денисов В.П. Фазовые радиопеленгаторы: Монография. - Томск: Томский гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2002. - 251 с. 6. Валитов Р.А., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. Методы и техника измерений в диапазоне от длинных до оптических волн. - М.: Сов. радио, 1990. - 712 с. 4 UA 122275 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 Пристрій двоканального однобазового моноімпульсного вимірювання пеленгу на джерело радіовипромінювання станціями радіомоніторингу на несучій частоті вхідних сигналів в умовах часткової або повної невизначеності параметрів, який відрізняється тим, що з метою моноімпульсного вимірювання відносного пеленгу на джерело радіовипромінювання використовується однобазовий антенний пристрій (1 і 8) і двоканальна фазометрична інтерференційна система обробки квадратурних складових вхідних сигналів на несучій частоті (2-6 - основний та 9-12 - додатковий канали), а також до його складу введені гетеродин 14, фазообертач 15, суматори (6 - перший і 12 - другий), дільник напруги 7 і спеціальний обчислювач 16, при цьому вихід антенної системи (1) підключають до першого входу першого інтегратора (2) основного каналу і до першого входу другого інтегратора (3) основного каналу, другі входи яких для створення квадратурних складових підключають до виходу гетеродина (14) і фазообертача (15), вихід першого інтегратора (2) основного каналу підключають до першого входу першого перемножувача (4) основного каналу, на другий вхід якого подають сигнал з виходу першого інтегратора (9) додаткового каналу, і до першого входу другого перемножувача (5) основного каналу, на другий вхід якого подають сигнал з виходу другого інтегратора (10) додаткового каналу, вихід другого перемножувача (5) основного каналу є першим входом суматора (6) основного каналу, другий вхід якого підключають до виходу другого перемножувача (13) додаткового каналу, вихід суматора (6) основного каналу підключають до першого входу дільника (7), другий вхід якого з'єднують з виходом суматора (12) додаткового каналу, вихід антенної системи (8) підключають до першого входу першого інтегратора (9) додаткового каналу і до першого входу другого інтегратора (10) додаткового каналу, другі входи яких для створення квадратурних складових підключають до виходу гетеродина (14) і фазообертача (15), вихід першого інтегратора (9) додаткового каналу підключають до другого входу першого перемножувача (4) основного каналу і до першого входу другого перемножувача (13) додаткового каналу, другий вхід якого з'єднують з виходом другого інтегратора (3) основного каналу, вихід другого інтегратора (10) додаткового каналу підключають до першого входу першого перемножувача (11) додаткового каналу, другий вхід якого з'єднують з виходом другого інтегратора (3) основного каналу, вихід першого перемножувача (11) додаткового каналу підключають до першого входу суматора (12) додаткового каналу, другий вхід якого з'єднують з виходом першого перемножувача (4) основного каналу, вихід суматора (12) додаткового каналу підключають до другого входу дільника (7), вихід якого з'єднують з входом спеціального обчислювача (16), вихід якого і є виходом пристрою, що заявляється. 35 5 UA 122275 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6