RU2003135232A - Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор радиосигналов - Google Patents

Claims (10)

1. Способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов антенной системой, состоящей из N элементов в количестве образующих Р пар не менее двух, последовательное во времени преобразование сигналов от каждой пары элементов двухканальным приемником для получения спектральных характеристик, выполненным с общим гетеродином для обоих каналов, получение спектральных характеристик сигналов на выходе каждого канала для каждой пары элементов путем попарного измерения на совпадающих интервалах времени комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала, разделение комплексных спектров на выбранные частотные поддиапазоны, запоминание спектров сигналов, вычисление для каждой пары элементов и для каждого частотного поддиапазона комплексного взаимного спектра между сигналами на выходах двухканального приемника, вычисление для каждого частотного поддиапазона функции двух аргументов: азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом фазовой разноканальности двухканального приемника и суждение по значениям аргументов для максимальной величины этой функции об азимуте и угле наклона фронта волны радиосигнала, отличающийся тем, что между вычислением комплексного взаимного спектра и вычислением функции двух аргументов выделяют для каждой пары элементов и каждого частотного поддиапазона спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, превышающие установленный пороговый уровень, и отбирают из комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала те спектральные составляющие, из которых были сформированы выделенные спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, вычисляют функцию двух аргументов с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности антенных элементов, весовых коэффициентов измерений для каждой пары элементов, и амплитудной разноканальности двухканального приемника, а число элементов антенной системы, число образующих ими пар, формы амплитудных и фазовых диаграмм и взаимное расположение элементов выбирают таким образом, чтобы при вычислении опорной функции по формуле

ее значения удовлетворяли следующим условиям:

и

F_o,лмах(θ =θ _лмах, β =β _лмах, θ _u, β _u, λ _мин)≤ K_з× F_o(θ =θ _u, β =β _u, λ _мин);

где θ и β - аргументы функции F_o, определяющие возможные значения соответственно азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, изменяющиеся в диапазоне рабочих углов пеленгования и характеризуемые для азимута как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между принятой осевой линией антенной системы пеленгатора в плоскости горизонта и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость горизонта, а для угла наклона фронта волны радиосигнала как угол между направлением вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала и плоскостью горизонта;

θ _u и β _u -истинные значения азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала в диапазоне рабочих углов пеленгования;

λ - длина волны радиосигнала;

р - текущий номер пары, образованной элементами с номерами k и l, подключаемыми соответственно к первому и второму входам двухканального приемника, от 1 до Р;

А_k=А_k(θ , β , R_k, λ ) и А_l=А_l(θ , β , R_l, λ ) - двумерные диаграммы направленности по мощности в сферической системе координат соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ю пару, для данного поддиапазона частот с длиной волны сигнала λ , рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы, R_k,l, - расстояние между фазовым центром антенной системы, расположенным в начале координат, и фазовым центром k-го (l-го) антенного элемента;

А_k,u=А_k (θ =θ _u, β =β _u, R_k, λ ) и А_l,u=A_l(θ =θ _u, β =β _u, R₁, λ ) - значения двумерных диаграмм направленности по мощности соответственно k-го и i-го элементов, образующих р-ю пару, для θ =θ _u и β =β _u;

φ _k=φ _k(θ , β , R_k, λ ) и φ _l=φ _l(θ , β , R_l, λ ) - двумерные фазовые диаграммы соответственно k-го и l-го элементов относительно фазового центра антенной системы в сферической системе координат, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы;

φ _k,u=φ _k(θ =θ _u, β =β _u, R_k, λ ) и φ _l,u=φ _l(θ =θ _u, β =β _u, R_l, λ ) - значения набега фаз сигналов на выходах соответственно k-го и l-го элементов относительно фазового центра антенной системы при θ =θ _u и β =β _u;

Δ θ _m, Δ β _m и К_m - задаваемые значения параметров по азимуту, углу наклона фронта волны радиосигнала и коэффициент (менее единицы), определяющие требуемую точность пеленгования;

F_о,лмах - значение функции F_o(θ , θ _u, β , β _u, λ ), соответствующее наибольшему из локальных (ложных) максимумов с аргументами θ _лмах и β _лмах для λ _мин;

λ _мах и λ _мин - соответственно максимальная и минимальная длины волн радиосигналов в заданном рабочем диапазоне частот;

К_з - задаваемый коэффициент запаса (менее единицы), определяющий требуемую достоверность пеленгования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают из N элементов антенной системы М элементов в количестве не менее одного для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника, дополнительно последовательно во времени преобразуют сигналы от каждого из М элементов двухканальным приемником и получают спектральные характеристики путем измерения на совпадающих интервалах времени комплексных спектров сигналов на выходе каждого канала двухканального приемника при одновременном подключении к его входам каждого из М элементов, разделяют дополнительно полученные комплексные спектры на выбранные частотные поддиапазоны, запоминают эти спектры и вычисляют для каждого из М элементов и для каждого частотного поддиапазона комплексный взаимный спектр между сигналами на выходах двухканального приемника, при этом совокупность М элементов антенной системы для измерения разноканальности двухканального приемника выбирают таким образом, чтобы при вычислении обобщенной диаграммы направленности по мощности для совокупности этих элементов по формуле А_ом(θ , β , λ )=мах{А_м(θ , β , λ ), м∈ М} по всем возможным рабочим азимутам и углам наклона фронта волны радиосигнала ее значения удовлетворяли следующему условию:

где мах{А_м(θ , β , λ ), м∈ М} - значения двумерной диаграммы направленности по мощности того из М элементов, у которого эта диаграмма для данной совокупности θ , β и λ имеет наибольшие значения из всех диаграмм направленностей М выбранных элементов,

А_ом,мин и А_ом,мах - соответственно минимальное и максимальное значение обобщенной диаграммы направленности по мощности для совокупности М элементов в рабочем диапазоне углов пеленгования;

К_н - задаваемая допустимая относительная неравномерность диаграмм направленности по мощности элементов, отбираемых для измерения разноканальности приемника.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пороговый уровень устанавливают равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым для каждой р-ой пары элементов отдельно из совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, а для М элементов определяемым из общей совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, образованной объединением всех совокупностей спектральных составляющих, полученных при подключении каждого из М элементов к двухканальному приемнику.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что функцию двух аргументов вычисляют по формуле

где q_р - весовой коэффициент измерений для р-й пары элементов;

Q_ризм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику р-й пары элементов, образованной при подключении k-го элемента к первому входу, а l-го элемента ко второму входу двухканального приемника;

А_рпу - амплитудная разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

q_ор - относительный весовой коэффициент при измерении Q_ризм и φ _ризм для р-й пары элементов;

φ _ризм - сдвиг фаз между сигналами на выходах приемника, измеряемый при подключении к его входам р-ой пары элементов;

φ _рпу - фазовая разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

при этом q_p, Q_ризм, А_pny, q_op, φ _ризм и φ _рпу вычисляют по формулам

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

В_р - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику р-й пары элементов;

Р_i1 и Р_i2 -мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

м - текущий номер элемента, подключаемого ко входам двухканального приемника, от 1 до М;

В_м - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента;

Im_i и Re_i - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.

5. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что один из элементов антенной системы выбирают опорным и общим для всех пар элементов, подключают его ко второму входу двухканального приемника постоянно, каждый из остальных элементов последовательно во времени подключают к первому входу двухканального приемника на время измерения соответствующих комплексных спектров и вычисляют функцию двух аргументов по формуле

где k и l - текущие номера пар элементов, образованных при подключении к первому входу двухканального приемника соответственно k-то или l-го элементов из совокупности остальных N-1 элементов, k изменяется от 1 до K<N-1, l изменяется от 2 до L≤ N-2;

q_k, q_l, - весовые коэффициенты измерений для k-й и l-й пары элементов соответственно;

Q_kизм и Q_lизм -отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары элементов;

q_ok и q_ol - относительные весовые коэффициенты при измерении Q_kизм, Q_lизм, φ _kизм и φ _lизм для соответствующих k-й и l-й пары элементов;

φ _kизм и φ _lизм -сдвиг фаз между сигналами на выходах двухканального приемника, измеряемый при подключении к его входам соответственно k-й или l-й пары элементов, при этом в качестве опорного выбирают элемент, двумерная диаграмма направленности по мощности которого удовлетворяет условию

где А_о,мин и А_о,мах - соответственно минимальное и максимальное значение двумерной диаграммы направленности по мощности опорного элемента в рабочем диапазоне углов пеленгования;

К_но - задаваемый коэффициент (менее единицы) относительной неравномерности двумерной диаграммы направленности по мощности опорного элемента;

a q_k,l, Q_k,lизм, q_ok,ol, и φ _k,lизм вычисляют по формулам

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

В_k,l - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары элементов;

Р_i1 и Р_i2 - мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

Im_i, и Re_i - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.

6. Пеленгатор, содержащий антенную систему, состоящую из N элементов в количестве не менее трех, коммутатор, подсоединенный к ней, двухканальный приемник, подсоединенный к коммутатору и выполненный с общим гетеродином для первого и второго каналов, выходы которых подключены к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю, блоку преобразования Фурье, запоминающему устройству компонент спектров сигналов на выходах двухканального приемника, вычислителю параметров взаимного спектра, выполненными двухканальными соответственно с первым и вторым каналами, а также вычислитель пеленга, выполненный с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом фазовой разноканальности двухканального приемника, и генератор синхроимпульсов, подсоединенный к управляющему входу коммутатора и к синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, запоминающего устройства компонент спектра сигналов на выходах двухканального приемника, вычислителя параметров взаимного спектра и вычислителя пеленгов, отличающийся тем, что в состав пеленгатора введен блок выделения и отбора спектральных составляющих, один вход которого подключен к выходу вычислителя параметров взаимного спектра, второй и третий входы подключены к выходам запоминающего устройства компонент спектра, выход блока подключен к входу вычислителя пеленга, а его синхровход подключен к выходу генератора синхроимпульсов, при этом вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности антенных элементов, весовых коэффициентов измерений для каждой пары элементов, и амплитудной разноканальности двухканального приемника, а число элементов антенной системы, число образующих ими пар, формы амплитудных и фазовых диаграмм и взаимное расположение элементов выбраны таким образом, чтобы при вычислении опорной функции по формуле

ее значения удовлетворяли следующим условиям:

и

F_o,лмах(θ =θ _лмах, β =β _лмах, θ _u, β _u, λ _мин)≤ k_з× F_o(θ =θ _u, β =β _u, λ _мин),

где θ и β - аргументы функции F_o, определяющие возможные значения соответственно азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, изменяющиеся в диапазоне рабочих углов пеленгования и характеризуемые для азимута как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между принятой осевой линией антенной системы пеленгатора в плоскости горизонта и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость горизонта, а для угла наклона фронта волны радиосигнала как угол между направлением вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала и плоскостью горизонта;

θ _u и β _u - истинные значения азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала в диапазоне рабочих углов пеленгования;

р - текущий номер пары, образованной элементами с номерами k и l, подключаемыми соответственно к первому и второму входам двухканального приемника, от 1 до Р;

А_k=A_k(θ , β , R_k, λ ) и А_l=A_l(θ , β , R_l, λ ) - двумерные диаграммы направленности по мощности в сферической системе координат соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ую пару, для данного поддиапазона частот с длиной волны сигнала λ , рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы, R_k,l - расстояние между фазовым центром антенной системы, расположенном в начале координат, и фазовым центром k-го (l-го) антенного элемента;

A_k,u=A_k(θ =θ _u, β =β _u, R_k, λ ) и A_l,u=А_l(θ =θ _u, β =β _u, R_l, λ ) - значения двумерных диаграмм направленности по мощности соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ю пару, для θ =θ _u и β =β _u;

φ _k=φ _k(θ , β , R_k, λ ) и φ _l=φ _l(θ , β , R_l, λ ) - двумерные фазовые диаграммы соответственно k-го и l-го элементов относительно фазового центра антенной системы в сферической системе координат, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы;

φ _k,u=φ _k(θ =θ _u, β =β _u, R_k, λ ) и φ _l,u=φ _l(θ =θ _u, β =β _u, R_l, λ ) - значения набега фаз сигналов на выходах соответственно k-го и l-го АЭ относительно фазового центра антенной системы для θ =θ _u и β =β _u;

Δ θ _m, Δ β _m и К_m - задаваемые значения параметров по азимуту, углу наклона фронта волны радиосигнала и коэффициент (менее единицы), определяющие требуемую точность пеленгования;

F_о.лмах - значение функции F_o (θ , θ _u, β , β _u, λ ), соответствующее наибольшему из локальных (ложных) максимумов с аргументами θ _лмах и β _лмах для λ _мин;

λ _мах и λ _мин - соответственно максимальная и минимальная длины волн радиосигналов в заданном рабочем диапазоне частот;

К_з - задаваемый коэффициент запаса (менее единицы), определяющий требуемую достоверность пеленгования.

7. Пеленгатор по п.6, отличающийся тем, что совокупность М элементов антенной системы для измерения разноканальности приемника выбирают таким образом, чтобы при вычислении обобщенной диаграммы направленности по мощности для совокупности этих элементов по формуле А_ом(θ , β , λ )=мах{А_м(θ , β , λ ), м∈ М} по всем возможным рабочим азимутам и углам наклона фронта волны радиосигнала, ее значения удовлетворяли следующему условию:

где мах{A_м(θ , β , λ ), м∈ M} - значение двумерной диаграммы направленности по мощности того из М элементов, у которого эта диаграмма для данной совокупности θ , β и λ имеет наибольшие значения из всех диаграмм направленностей М выбранных элементов;

А_ом,мин и А_ом,мах - соответственно минимальное и максимальное значение обобщенной диаграммы направленности по мощности для совокупности М элементов в рабочем диапазоне углов пеленгования;

К_н - задаваемая допустимая относительная неравномерность диаграмм направленности по мощности элементов, отбираемых для измерения разноканальности приемника.

8. Пеленгатор по пп.6 и 7, отличающийся тем, что блок выделения и отбора спектральных составляющих выполнен с возможностью выделения для каждой пары элементов, каждого из М элементов и каждого частотного поддиапазона спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень и отбора из комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала тех спектральных составляющих, из которых были сформированы выделенные спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, при этом пороговый уровень в блоке для выделения спектральных составляющих комплексного взаимного спектра устанавливается равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым для каждой р-ой пары элементов отдельно из совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, а для М элементов определяемым из общей совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, образованной объединением совокупностей спектральных составляющих, полученных при подключении каждого из М элементов к двухканальному приемнику, при этом коммутатор выполнен с возможностью подключения последовательно во времени любой пары элементов, образованной из N элементов по два в любой комбинации и каждого из М элементов к обоим входам двухканального приемника, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход коммутатора для последовательного во времени подключения коммутатором любой пары элементов и каждого из М элементов к обоим входам двухканального приемника.

9. Пеленгатор по пп.6-8, отличающийся тем, что вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления функции двух аргументов и определения аргументов этой функции для ее максимального значения по формулам

F(θ =θ _о, β =β _о)=max,

где q_р - весовой коэффициент измерений для р-й пары элементов;

Q_ризм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику р-й пары элементов, образованной при подключении k-го элемента к первому входу, а l-го элемента ко второму входу двухканального приемника;

λ _рпу - амплитудная разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

q_ор - относительный весовой коэффициент при измерении Q_ризм, и φ _ризм для р-й пары элементов;

φ _ризм - сдвиг фаз между сигналами на выходах приемника, измеряемый при подключении к его входам р-ой пары элементов;

φ _рпу - фазовая разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

θ _о и β _о - аргументы, определяемые как искомые азимут и угол наклона фронта волны радиосигнала;

при этом q_p, Q_ризм, А_рnу, φ _ор, φ _ризм и φ _рпу вычисляют по формулам

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

В_р - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику р-ой пары элементов;

Р_i1 и Р_i2 - мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

м - текущий номер элемента, подключаемого ко входам двухканального приемника, от 1 до М,

В_м - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента;

Im_i, и Re_i - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.

10. Пеленгатор по пп.6 и 8, отличающийся тем, что один из элементов антенной системы выбран опорным и общим для всех пар элементов, коммутатор выполнен с возможностью подключения опорного элемента ко второму входу двухканального приемника постоянно и подключения к первому входу двухканального приемника последовательно во времени каждого из остальных элементов на время измерения соответствующих комплексных спектров, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход коммутатора для подключения к первому входу двухканального приемника последовательно во времени каждого из остальных элементов на время измерения соответствующих комплексных спектров, а вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления функции двух аргументов и определения аргументов этой функции для ее максимального значения по формулам

где k и l - текущие номера пар элементов, образованных при подключении к первому входу двухканального приемника соответственно k-го или l-го элементов из совокупности остальных N-1 элементов, k изменяется от 1 до К≤ N-1, l изменяется от 2 до L≤ N-2;

q_k, q_l, - весовые коэффициенты измерений для k-й и l-й пары элементов соответственно;

Q_kизм и Q_lизм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары элементов;

q_ok и q_ol - относительные весовые коэффициенты при измерении Q_kизм, Q_lизм, φ _kизм и φ _lизм для соответствующих k-й и l-й пары элементов;

φ _kизм и φ _lизм - сдвиг фаз между сигналами на выходах двухканального приемника, измеряемый при подключении к его входам соответственно k-й или l-й пары элементов;

θ _о и β _o -аргументы, определяемые как искомые азимут и угол наклона фронта волны радиосигнала;

при этом в качестве опорного выбирают элемент, двумерная диаграмма направленности которого по мощности удовлетворяет следующему условию:

где А_о,мин и А_о,мах - соответственно минимальное и максимальное значение двумерной диаграммы направленности опорного элемента в рабочем диапазоне углов пеленгования;

К_но - задаваемый коэффициент относительной неравномерности диаграммы направленности по мощности опорного элемента;

а q_k,l, Q_k,lизм, q_ok,ol, и φ _k,lизм, вычисляют по формулам

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

В_k,l - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары элементов;

P_i1 и P_i2 мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

Im_i и Re_i - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.