RU2158001C1 - Способ радиопеленгования - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радиопеленгации и может быть использовано в системах определения местоположения источников радиоизлучения. В способе радиопеленгования, включающем прием радиосигнала с помощью трех ненаправленных антенн, образующих эквидистантную кольцевую антенную решетку, радиус которой менее третьей части длины волны радиосигнала, и измерение трех разностей фаз между сигналами, принятыми последовательными парами антенн, согласно изобретению выбирают максимальную разность фаз, корректируют значение максимальной разности фаз с учетом значений двух других измеренных разностей фаз, получая три однозначные разности фаз, с учетом знаков однозначных разностей формируют три амплитудных значения разностных сигналов, принятых последовательными парами антенн, и, используя углы ориентации в плоскости пеленгования последовательных пар антенн, три амплитудных значения разностных сигналов и три однозначные разности фаз однозначно определяют азимут и угол наклона фронта волны источника радиосигнала. Использование способа радиопеленгования позволяет повысить точность и чувствительность пеленгования за счет уменьшения на порядок ошибок разноса и устранения ошибок пеленгования, обусловленных взаимным влиянием антенн решетки, что и является достигаемым техническим результатом. 6 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано в системах определения местоположения источников радиоизлучения.

Известен способ радиопеленгования, включающий прием радиосигнала с помощью четырех идентичных ненаправленных антенн, образующих в плоскости пеленгования эквидистантную кольцевую антенную решетку, радиус r которой не превышает четвертой части длины волны λ радиосигнала, причем положение первой, второй, третьей и четвертой антенн ориентировано относительно опорного направления, проходящего через центр антенной решетки, под углами O +π/2,+π и +3π/2 радиан соответственно, прием радиосигнала с помощью дополнительной идентичной ненаправленной антенны, размещенной в центре антенной решетки, формирование разностных сигналов

по правилу:

где

сигналы, принятые первой, второй, третьей и четвертой антеннами соответственно, измерение разностей фаз φ_c и φ_s между каждым из разностных сигналов и сигналом

принятым дополнительной антенной, по правилу:

и однозначное определение угла прихода радиосигнала в плоскости пеленгования (азимута) θ по формуле:

- знаковая функция параметра X, принимающего значения X = φ_s или X = φ_c соответственно [1. В.К. Мезин. Автоматические радиопеленгаторы. - М., Сов. радио, 1969, с 4-8, 58-62].

Недостатками известного способа радиопеленгования являются низкие точность и чувствительность радиопеленгации. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами. Для повышения угловой чувствительности радиопеленгации согласно известному способу необходимо увеличивать расстояние между антеннами пеленгационных пар (базу) b = 2r. При увеличении относительного размера базы b/λ увеличивается несоответствие между равномерной круговой градусной шкалой отсчета азимута θ, определяемой формулой (3), и пеленгационными характеристиками (разностными диаграммами направленности) разностных сигналов

что приводит к погрешностям разноса. Погрешности разноса зависят от азимута θ, угла прихода радиосигнала в плоскости, перпендикулярной плоскости пеленгования, (угла наклона фронта волны) β и относительного размера базы b/λ. При изменении значения относительного размера базы b/λ от 0,1 до 0,5 максимальная ошибка разноса изменяется в пределах от 0,2^o до 7^o соответственно [2. Л.С. Беляевский, В.С. Новиков, П.В. Олянюк. Основы радионавигации. - М., Транспорт, 1982, с. 94-95]. В связи с этим размеры базы пеленгационных пар антенной решетки ограничивают некоторой допустимой величиной, при которой погрешность разноса не превышает установленного значения.

Кроме того, дополнительным недостатком известного способа радиопеленгования является определение угла прихода радиосигнала только в одной плоскости - плоскости пеленгования.

Известен способ радиопеленгования, включающий прием радиосигнала с помощью восьми идентичных ненаправленных антенн, образующих в плоскости пеленгования кольцевую антенную решетку, радиус r которой не превышает половины длины волны λ радиосигнала, синфазном суммировании сигналов, принятых идентичными соседними парами антенн, разнесенными на расстояние d, причем фазовые центры первой, второй, третьей и четвертой пар антенн расположены на одинаковом расстоянии r' от центра антенной решетки и ориентированы относительно опорного направления, проходящего через центр антенной решетки, под углами О, +π/2,+π и +3π/2 радиан соответственно, прием радиосигнала с помощью дополнительной идентичной ненаправленной антенны, размещенной в центре антенной решетки, формирование разностных сигналов

по правилу:

где

суммарные сигналы, принятые первой, второй, третьей и четвертой парами антенн соответственно, измерение разностей фаз φ_c и φ_s между каждым из разностных сигналов и сигналом

принятым дополнительной антенной, по правилу:

и однозначное определение азимута θ источника радиосигнала по формуле:

[3. И. С. Кукес, М.Е. Старик. Основы радиопеленгации. - М., Сов. радио, 1964, с. 27-31, 131-132, 454-457].

Недостатками известного способа радиопеленгования являются низкие точность и чувствительность радиопеленгации. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами.

Взаимное влияние между каждыми антеннами антенной решетки, определяемое эффективностью приема и рассеяния антеннами падающей электромагнитной волны радиосигнала, приводит к искажению структуры электромагнитного поля в точках размещения антенн антенной решетки, следствием чего является искажение пеленгационных характеристик (разностных диаграмм направленности) разностных сигналов

Искажение пеленгационных характеристик разностных сигналов является основной составляющей ошибок разноса, свойственных известному способу радиопеленгования, использующему суммарные сигналы соседних пар антенн восьмиэлементной решетки. Оптимальное соотношение между разносом d антенн в парах и радиусом r антенной решетки, обеспечивающее минимальные ошибки разноса при пеленговании источника радиосигнала, зависит от базы пеленгационных пар b = 2r', рассеивающих свойств антенн решетки и конкретного значения угла наклона фронта волны β радиосигнала пеленгуемого источника радиоизлучения. Для угла наклона фронта волны β = 0 и при изменении значения относительного размера базы b/λ от 0,1 до 0,6 максимальная ошибка пеленгования может изменяться в пределах от 0,1^o до 5^o соответственно [3. И.С. Кукес, М. Е. Старик. Основы радиопеленгации. - М., Сов. радио, 1964, с. 209-213] . В связи с этим, эффективность приема и, соответственно, рассеяния электромагнитных волн антеннами решетки ограничивают некоторой допустимой величиной, при которой погрешность разноса не превышает установленного значения, что одновременно приводит к снижению чувствительности радиопеленгации.

Кроме того, дополнительным недостатком известного способа радиопеленгования является определение угла прихода радиосигнала только в азимутальной плоскости.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ радиопеленгования, включающий прием радиосигнала с помощью трех идентичных ненаправленных антенн, образующих в плоскости пеленгования эквидистантную кольцевую антенную решетку, радиус r которой меньше третьей части длины волны λ радиосигнала, причем положение первой, второй и третьей антенн ориентировано относительно опорного направления в плоскости пеленгования, проходящего через центр антенной решетки, под углами О, +2π/3 и +4π/3 радиан соответственно, одновременное или поочередное измерение трех разностей фаз φ_i между сигналами

принятыми l-й и k-й антеннами, по правилу:

где i = 1, 2, 3;
l = i + 1 - 3δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{i}}{\text{3}}$ ;
k = l + 1 - 3δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{3}}$ ;

символ Кронекера с параметром y, принимающем значения y = i или y = l соответственно, выбор из трех разностей фаз m-й, значение модуля которой является минимальным или одним из минимальных значений разностей фаз, формирование дополнительного пригнала путем суммирования сигналов, принятых l-й и k-й антеннами, измерение разностей фаз φ₄ между сигналом, принятым m-й антенной, и дополнительным сигналом и однозначное определение азимута θ и угла β наклона фронта волны источника радиосигнала по формулам:

- символ Кронекера [4. Патент Российской Федерации N 2124215, кл. G 01 S 3/00, 1998].

Недостатками известного способа радиопеленгования является низкая точность и чувствительность радиопеленгации. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами.

Взаимное влияние между каждыми антеннами решетки, определяемое эффективностью приема и рассеяния антеннами падающей электромагнитной волны радиосигнала, приводит к искажению структуры электромагнитного поля в точках размещения антенн решетки. В результате этого поверхность равных фаз поля падающей на антенную решетку электромагнитной волны становится не плоской. Поэтому известному способу радиопеленгования, основанному на определении ориентации поверхности равных фаз поля путем измерения разностей фаз сигналов в последовательных парах антенн, разнесенных на расстояние b =

r, свойственны ошибки радиопеленгации, обусловленные взаимным влиянием антенн. В связи с этим, эффективность приема и, соответственно, рассеяния электромагнитных волн антеннами решетки ограничивают некоторой допустимой величиной, при которой погрешности взаимного влияния не превышают установленного значения, что, соответственно, приводит к снижению чувствительности радиопеленгации.

Задачей данного изобретения является повышение точности и чувствительности однозначного пеленгования источников радиоизлучения.

Поставленная задача решается тем, что в способе радиопеленгования, включающем прием радиосигнала с помощью трех идентичных ненаправленных антенн, образующих в плоскости пеленгования эквидистантную кольцевую антенную решетку, радиус r которой меньше третьей части длины волны λ радиосигнала, причем положение первой, второй и третьей антенн ориентировано относительно опорного направления в плоскости пеленгования, проходящего через центр антенной решетки, под углами O, +2π/3 и +4π/3 радиан соответственно, одновременное или поперечное измерение разностей фаз φ_i между сигналами

принятыми l-й и k-й антеннами, по правилу:

где i = 1, 2, 3;
l = i + 1 - 3 δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{i}}{\text{3}}$ ; (11)
k = l + 1 - 3 δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{i}}{\text{3}}$ ; (12)

выбирают из трех разностей фаз φ₁,φ₂ и φ₃ m-ю, значение модуля которой является максимальным или одним из максимальных значений модулей разностей фаз, одновременно или поочередно формируют три амплитудных значения разностных сигналов R_i по правилу:

m - значение индекса максимальной разности фаз;

- знаковая функция параметра F_i, и однозначно определяют азимут θ и угол β наклона фронта волны источника радиосигнала по формулам:

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предложенный способ отличается от известного наличием новых действий над сигналами: выбор из трех измеренных разностей фаз φ_i ( i = 1, 2, 3) максимальной φ_m, формирование трех однозначных разностей фаз F_i по новому правилу (14), формирование трех амплитудных значений разностных сигналов с учетом знаков F_i по правилу (13), формирование трех пар суммарных амплитудных значений разностных сигналов S_i и C_i по правилам (17) и (18), которые с погрешностями разноса пропорциональны функциям соответственно синуса и косинуса азимутального направления прихода радиосигнала, отсчитываемого от направления, совпадающего с угловой ориентацией, соответствующей i-й антенны решетки α_i, формирование трех пар суммарных разностей фаз F_si и F_ci правилам (19) и (20), которые с погрешностями взаимного влияния антенн решетки пропорциональны функциям соответственно синуса и косинуса азимутального направления прихода радиосигнала, отсчитываемого от направления, совпадающего с угловой ориентацией, соответствующей i-й антенны решетки α_i, и, наконец, однозначное определение азимута θ и угла β наклона фронта волны источника радиосигнала по новым правилам (15) и (16), учитывающим результаты усреднения суммарных амплитудных значений разностных сигналов и суммарных разностей фаз соответственно.

При изучении других известных технических решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от прототипа, не была выявлена.

Формирование трех разностей фаз F_i по правилу (13) обеспечивает однозначность пеленгования при указанном ограничении радиуса решетки (r < λ /3), связанного с расстоянием b между антеннами пеленгационных пар (базой) соотношением:
b =

(22)
Формирование и усреднение суммарных амплитудных значений разностных сигналов S_i и C_i, пропорциональных функциям соответственно sin θ и cos θ с погрешностями, знаки которых различны и зависят от соотношения угловой ориентации опорной i-й антенны α_i и азимута θ, обеспечивает, во-первых, независимость, результатов определения азимута θ от взаимного влияния антенн, что позволяет увеличить эффективность приема антеннами электромагнитных волн и, соответственно, повысить чувствительность радиопеленгации, во-вторых, снижение погрешностей разноса и, соответственно, повышение точности определения азимута θ источника радиоизлучения.

Формирование и усреднение разностей фаз F_si и F_ci, погрешности определения которых зависят как от взаимного влияния антенн решетки, так и от соотношения угловой ориентации опорной i-й
антенны α_i и азимута θ, позволяет снизить ошибки определения угла β наклона фронта волны источника радиоизлучения.

За счет выполнения указанной совокупности действий над сигналами удается решить поставленную задачу с достижением технического результата - повышения точности и чувствительности однозначного определения азимута и угла наклона фронта электромагнитной волны источника радиоизлучения.

На фиг. 1 приведена схема расположения антенн в плоскости пеленгования, поясняющая сущность предложенного способа; на фиг. 2 - зависимость ошибок разноса от азимута θ при пеленговании с использованием одной (первой) пары суммарных амплитудных значений разностных сигналов для различных углов β наклона фронта волны; на фиг. 3 - зависимости ошибок разноса от азимута θ при пеленговании с использованием каждой из трех пар суммарных амплитудных значений разностных сигналов для угла наклона фронта волны β = 0; на фиг. 4 - азимутальная зависимость нормированной ошибки разноса, усредненной по трем парам суммарных амплитудных значений разностных сигналов; на фиг. 5 - структурная электрическая схема устройства, реализующего предложенный способ радиопеленгования; на фиг. 6 - зависимости максимальных ошибок разноса от базы пеленгационных пар для заявленного и известных способов радиопеленгования.

Электромагнитное поле источника радиосигнала, характеризуемое, во-первых, амплитудой E и фазой ψ_o в точке О (см. фиг. 1), являющейся центром эквидистантной антенной решетки радиуса r, образованной первой, второй и третьей антеннами A₁, A₂ и A₃ с угловой ориентацией в плоскости пеленгования α₁,α₂ и α₃ соответственно и межэлементным расстоянием b; во-вторых, направлением распространения

описываемым углом θ между проекцией направления

на плоскость пеленгования OP и линией ON (опорным направлением) и углом β между направлением

и проекцией направления

на плоскость пеленгования OP, формируется в идентичных ненаправленных антеннах A₁, A₂ и A₃ сигналы

соответственно, которые описываются выражениями:

где h - коэффициент эффективности формирования сигнала в антенне решетки под действием электромагнитного поля радиосигнала (в частности - действующая длина антенны);
ω - круговая частота радиосигнала;
t - время;
φ_i= ψcos(θ-α_i) - задержка фазы электромагнитного поля в точке размещения i-й антенны относительно фазы поля в центре антенной решетки (i = 1, 2, 3);

- комплексный коэффициент ослабления электромагнитной волны, рассеянной антенной решетки, зависящий от эффективности приема радиосигнала антенной h, параметров согласования антенны и межэлементного разнесения антенн в решетке;

комплексный коэффициент ослабления электромагнитной волны, рассеянной проводящим центральным элементом конструкции антенной решетки (в частности - мачтового устройства), зависящий от рассеивающих свойств центрального элемента и радиуса r решетки.

Разностные сигналы

(i = 1, 2, 3) между сигналами, принятыми l-й и k-й антеннами

соответственно, согласно (11), (12) и (23) описываются выражениями:

Разности фаз φ_i (i = 1, 2, 3) между сигналами, принимаемыми l-й и k-й антеннами согласно (10), (11), (12), (23) и с учетом малости абсолютных значений коэффициентов ослабления рассеянных электромагнитных волн

можно представить в виде:

где γ_i - параметр, определяющий степень искажения структуры электромагнитного поля элементами антенной решетки в точках размещения l-й и k-й антенн, модуль и знак которого зависят от геометрических размеров и качества согласования антенн, азимута θ и угла β наклона фронта волны, причем

Кроме того, из правила измерения разностей фаз φ_i (10) следует, что в случае однозначного измерения всех трех разностей фаз φ_i, выполняется условие:

Согласно (26) любая из трех разностей фаз φ₁,φ₂ или φ₃, например, m-я, может быть определена путем суммирования двух других разностей фаз по правилу:

где φ_m - одна из трех разностей фаз;
m - индекс выбранной разности фаз, принимающий одно из трех значений 1, 2 или 3.

Поэтому, если хотя бы две из трех разностей фаз φ_i измерены однозначно, что возможно, если их абсолютные значения (модули) меньше π радиан, то третья (максимальная по модулю) разность фаз φ_m может быть однозначно определена по правилу (27). В связи с этим, при радиусе решетки меньше, чем третья часть длины волны радиосигнала, выделение из трех разностей фаз φ_i максимальной, формирование по двум другим разностям фаз (модули которых меньше π радиан) трех разностей фаз F_i по правилу (14) обеспечивает, во-первых, однозначность определения всех трех разностей фаз, во-вторых, уменьшение вероятности аномальных ошибок при измерении разностей фаз между сигналами, близкими к противофазным и искаженными из-за взаимного влияния антенн решетки.

Рассмотрим на конкретном примере возможности формирования однозначных разностей фаз F_i по правилу (14) для следующих исходных данных: r/ λ = 0,33 (или b/λ = 0,57), θ = 30^o; β = 0^o; γ₁ = +0,02; γ₂ = -0,04; γ₃ = -0,1.

Разности фаз F'_i падающего электромагнитного поля в точках размещения антенн решетки (т.е. при γ₁= γ₂= γ₃= 0 составляют: F'₁ = +103^o; F'₂ = -206^o и F'₃ = +103^o. Взаимное влияние антенн приводит к тому, что разности фаз F''_i между сигналами, принятыми антеннами решетки, согласно (25) составляют: F''₁ = +105^o; F''₂ = -198^o и F''₃= +93^o. С учетом возможностей проведения однозначных измерений разностей фаз в пределах от -π радиан до +π радиан измеренные значения разностей фаз φ_i составляют: φ₁ = +105^o; φ₂ = +162^o и φ₃ = +93^o. Сравнивая модули разностей фаз 105^o, 162^o и 93^o, выбирают максимальный (162^o), который соответствует второй разности фаз, имеющей, соответственно, значение индекса m = 2. Согласно правилу (14) получают однозначные разности фаз F_i : F₁ = φ₁ = +105^o;

С учетом (14) и (25) для однозначных разностей фаз F_i получаем;
sgn(F_i) = sgn(sin(θ-α_i)). (28)
Так как выполняется условие:

то с учетом (24) и (28) амплитудные значения (с учетом знаков) разностных сигналов R_i, формируемые по правилу (13), могут быть представлены в виде:

где

максимальное амплитудное значение разностных сигналов.

Учитывая малый разнос антенн b по сравнению с длиной волны для упрощения методики определения азимута θ в выражениях (30), первые функции синуса можно заменить аргументами. При этом выражения (30) с погрешностями разноса можно представить в виде:

Параметры S_i и C_i, определяемые формулами (17) и (18) с учетом (31) и взаимосвязи между индексами "i", "l" и "k" по формулам (11) и (12), описываются выражениями:

После тригонометрических преобразований формулы (32) и (33) можно представить в виде:

Для формирования i-й пары суммарных амплитудных значений разностных сигналов D_si и D_ci, которые с погрешностями разноса пропорциональны соответственно функциям синуса и косинуса азимутального направления прихода радиосигнала, отсчитываемого относительно опорного направления ON, осуществляются следующие преобразования:

Из формул (34-37) следует:

По каждой из трех пар параметров D_si и D_ci при i = 1, 2 и 3 могут быть определены приближенные (с ошибками разноса) значения азимут θ_i источника радиоизлучения:

погрешности Δθ_i которых могут быть представлены в виде:

Согласно (41) абсолютное значение и знак ошибок разноса Δθ_i зависят от θ,β,r/λ и угла ориентации i-й пары пересекающихся (взаимно ортогональных) разностных диаграмм направленности, определяемого углом расположения опорной i-й антенны α_i.

На фиг. 2 приведен график зависимости ошибки разноса Δθ₁ от азимута θ для одной (первой) пары суммарных амплитудных значений разностных сигналов D_S1 и D_S2 (т.е. для i = 1), где кривые 1, 2 и 3 определены по формуле (41) при β = 0 и отношениях бызы к длине волны

b/λ = 0,5 и b/λ = 0,575 соответственно.

На фиг. 3 приведены полученные по формуле (41) графики зависимости максимальных ошибок разноса (при β = 0 и b/λ = 0,575)Δθ₁,Δθ₂ и Δθ₃ для трех пар суммарных амплитудных значений разностных сигналов. Согласно фиг. 3 максимальные ошибки разноса для двух пар суммарных амплитудных значений разностных сигналов равны по модулю и имеют противоположные знаки. В связи с этим ошибки разноса могут быть уменьшены при усреднении (суммировании) всех амплитудных значений разностных сигналов D_si, пропорциональных функции sin θ, и всех амплитудных значений разностных сигналов D_ci, пропорциональных функции cos θ, в соответствии с выражениями:

где D_s и D_c - усредненные амплитудные значения разностных сигналов, пропорциональные функциям sin θ и cos θ соответственно. При этом определение азимута θ по формуле:

соответствующей с учетом выражений (36), (37), (42) и (43) формуле (15), приводит к существенному снижению результирующей ошибки разноса Δθ_Σ.
Ошибка разноса Δθ_Σ, соответствующая алгоритму пеленгования (15), описывается периодической функцией с периодом π/3. Азимутальная зависимость функции Δθ_Σ, нормированной относительно максимальной систематической ошибки Δθ_Σmax, приведена на фиг. 4.

Параметры F_si и F_ci, определяемые формулами (19) и (20) с учетом (14), (25) и взаимосвязи между индексами "i" "l" и "k" по формулам (11) и (12), можно представить в виде:

где ν_si и ν_ci - погрешности суммарных разностей фаз F_si и F_ci соответственно, обусловленные взаимным влиянием антенн решетки.

При усреднении результатов по всем комбинациям разностей фаз F_si и F_ci (для i =1, 2, 3) с учетом знакопеременного характерами γ_i и, соответственно ν_si и ν_ci, погрешностями взаимного влияния антенн решетки можно пренебречь и из формул (45) и (46) получить следующую зависимость:

Из равенства (47) непосредственно следует формула (16) для определения угла β наклона фронта волны источника радиосигнала.

Устройство, реализующее предложенный способ радиопеленгования (см. фиг. 5), содержит три идентичные ненаправленные антенны 1.1, 1.2 и 1.3, образующие в плоскости пеленгования эквидистантную кольцевую антенную решетку радиуса r, три идентичных радиоприемных блока (РПБ) 2.1, 2.2 и 2.3, выполненных с общим гетеродином, три блока измерения разности фаз (БИРФ) 3.1, 3.2 и 3.3, три блока вычитания 4.1, 4.2 и 4.3, компаратор 5, блок 6 формирования разностей фаз (БФРФ), три функциональных преобразователя (ФП) 7.1, 7.2 и 7.3 вида

, два блока 8.1 и 8.2 формирования синусных составляющих сигнала (БФСС), два блока 9.1 и 9.2 формирования косинусных составляющих сигнала (БФКС), датчик 10 углов ориентации антенн, функциональный преобразователь 11 вида X₁ cos X₃ + X₂ sin X₃, функциональный преобразователь 12 вида X₂cosX₃-X₁sin X₃, функциональный преобразователь 13 вида X₁ ² + X₂ ², три накопительных сумматора (HC) 14.1, 14.2 и 14.3, функциональный преобразователь 15 вида arccos

функциональный преобразователь 16 вида arctg (X₁/X₂) генератор 17 управляющих сигналов.

Необходимо отметить, что параметром X обозначен сигнал, поступающий на первый вход ФП 15, параметрами X₁ и X₂ - соответствующие сигналы, поступающие соответственно на первые и вторые входы ФП 7.1, 7.2, 7.3, ФП 13 и ФП16, а параметрами X₁, X₂ и X₃ - соответствующие сигналы, поступающие соответственно на первые, вторые и третьи входы ФП11 и ФП12.

При этом выходы антенн 1.1, 1.2 и 1.3 соединены с входами соответствующих РПБ 2.1,2.2 и 2.3. Выход первого РПБ 2.1 соединен с объединенными вторыми входами вторых БИРФ 3.2 и блока 4.2 вычитания и первыми входами третьих БИРФ 3.3 и блока 4.3 вычитания. Выход второго РПБ 2.2 соединен с объединенными первыми входами первых БИРФ 3.1 и блока 4.1 вычитания и вторыми входами третьих БИРФ 3.3 и блока 4.3 вычитания. Выход третьего РПБ 2.3 соединен с объединенными вторыми входами первых БИРФ 3.1 и блока 4.1 вычитания и первыми входами вторых БИРФ 3.2 и блока 4.2 вычитания. Выходы БИРФ 3.1, 3.2 и 3.3 соответственно соединены с объединенными первыми, объединенными вторыми и объединенными третьими входами блока 6 формирования разностей фаз и компаратора 5, выход которого соединен с управляющим входом блока 6. Первый, второй и третий выходы блока 6 формирования разностей фаз соответственно соединены с объединенными первыми, объединенными вторыми и объединенными третьими входами БФСС 8.1 и БФКС 9.1. Кроме того, первый, второй и третий выходы блока 6 соединены с первыми входами блоков 7.1, 7.2. и 7.3 соответственно, вторые входы которых соединены с выходами блоков 4.1, 4.2 и 4.3 соответственно. Выходы блоков 7.1, 7.2 и 7.3 соответственно соединены с объединенными первыми, объединенными вторыми и объединенными третьими входами БФСС 8.2 и БФКС 9.2, выходы которых соответственно соединены с объединенными первыми и объединенными вторыми входами функциональных преобразователей 11 и 12. Выход генератора 17 управляющих сигналов соединен с объединенными управляющими входами БФСС 8.1, БФСС 8.2, БФКС 9.1, БФКС 9.2 и датчика 10, выход которого соединен с объединенными третьими входами ФП 11 и ФП 12. Выходы ФП 11 и ФП 12 соответственно соединены с входами НС 14.2 и НС 14.3, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами ФП 16. Выходы БФСС 8.1 и БФКС 9.1 соответственно соединены с парой входов ФП 13, выход которого через НС 14.1 соединен с одним из входов ФП 15, на другой вход которого поступает значение длины волны λ радиосигнала. Выходы ФП 16 и ФП 15 являются выходами значений азимута θ и угла β наклона фронта волны источника радиосигнала соответственно.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Электромагнитное поле источника радиосигнала принимается антеннами 1.1, 1.2 и 1.3. Сигналы, принятые антеннами 1.1, 1.2 и 1.3, поступают на входы соответствующих РПБ 2.1, 2.2 и 2.3, где подвергаются типовым для радиоприемных блоков преобразованиям (усилению, переносу на промежуточную частоту с общей для всех РПБ синхронизацией и т.д.). Сигнал с выхода первого РПБ 2.1 поступает одновременно на вторые входы вторых БИРФ 3.2 и БВ 4.2 и первые входы третьих БИРФ 3.3 и БВ 4.3. Сигнал с выхода второго РПБ 2.2 поступает одновременно на первые входы первых БИРФ 3.1 и БВ 4.1 и вторые входы третьих БИРФ 3.3 и БВ 4.3. Сигнал с выхода третьего РПБ 2.3 поступает одновременно на вторые входы первых БИРФ 3.1 и БВ 4.1 и первые входы вторых БИРФ 3.2 и БВ 4.2. В БИРФ 3.1, 3.2 и 3.3 производится измерение разностей фаз φ_i (для i = 1, 2, 3) между парами сигналов, поступившими на их пары входов. Сигналы, соответствующие измеренным разностям фаз φ_i с выходов БИРФ 3.1, 3.2 и 3.3, соответственно поступают на объединенные первые, объединенные вторые и объединенные третьи входы компаратора 5 и БФРФ 6.

В компараторе 5 производится сравнение модулей сигналов, поступивших соответственно на его первый, второй и третий входы, и на его выходе формируется сигнал, соответствующий m-му номеру входа (первому - при m=1, второму - при m= 2 и третьему - при m =3), модуль входного сигнала которого максимален. При равенстве максимальных модулей двух сигналов на выходе компаратора 5 формируется сигнал, соответствующий номеру входа одного (любого) из этих двух входных сигналов.

Выходной сигнал компаратора 5, соответствующий m-у номеру сигнала, поступает на управляющий вход БФРФ 6, алгоритм работы которого реализует формирование разностей фаз F_i по правилу (14).

Сигналы с первого, второго и третьего выходов БФРФ 6, соответствующие скорректированным по формуле (14) однозначным разностям фаз F₁, F₂ и F₃, соответственно поступают на объединенные первые, объединенные вторые и объединенные третьи входы БФСС 8.1 и БФКС 9.1 и, кроме того, поступают на первые входы первого, второго и третьего ФП 7.1, 7.2 и 7.3 соответственно.

Сигналы, соответствующие разностям сигналов, поступивших на первые и вторые входы БВ 4.1, 4.2 и 4.3 с выходов БВ 4.1, 4.2 и 4.3, поступают на вторые входы ФП 7.1, 7.2 и 7.3 соответственно. В ФП 7.1, 7.2 и 7.3 вида

производятся вычисления по формуле (13) амплитудных значений разностных сигналов R₁, R₂ и R₃ соответственно, которые с выходов ФП 7.1, 7.2 и 7.3 соответственно поступают на объединенные первые, объединенные вторые и объединенные третьи входы БФСС 8.2 и БФКС 9.2.

С выхода генератора 17 управляющих сигналов на объединенные управляющие входы БФСС 8.1 и БФСС 8.2, БФКС 9.1 и 9.2 и датчика 10 поступают сигналы управления, которые дают команды на поочередное определение трех групп параметров сигнала S_i, C_i, F_si, F_ci и α_i для i = 1, 2 и 3. При этом в БФСС 8.1 и БФКС 9.1 по формулам (19) и (20) соответственно с учетом формул (11), (12) и использованием значений разностей фаз F₁, F₂ и F₃, определяют три параметра F_si (для i = 1, 2, 3) и три параметра F_ci (для i= 1, 2, 3) соответственно. Кроме того, в БФСС 8.2 и БФКС 9.2 по формулам (17) и (18) соответственно с учетом формул (11), (12) и использованием амплитудных значений разностных сигналов R₁, R₂ и R₃ определяют три параметра S_i (для i = 1, 2, 3) и три параметра C₁ (для i = 1, 2, 3) соответственно. И, наконец, в датчике 10 по формуле (21) формируют три значения угла ориентации антенн α_i.
С выходов БФСС 8.1 и БФКС 9.1 три пары сигналов, соответствующих трем парам параметров F_si и F_ci (для i = 1, 2, 3), поочередно поступают на пару входов ФП 13 вида X₁ ² + X₂ ², где производят поочередное определение трех значений параметров F_Σi = F_si ² + F_ci ² для i = 1, 2 и 3. С выхода ФП 13 сигналы, соответствующие параметрам F_Σ1,F_Σ2 и F_Σ3, поочередно поступают на вход НС 14.1, где производят их суммирование. Сигнал, соответствующий сумме F_Σ= F_Σ1+F_Σ2+F_Σ3 с выхода НС 14.1 поступает на первый вход ФП 15, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий значению длины волны λ источника радиоизлучения. В ФП 15 с учетом известного значения радиуса r антенной решетки согласно формуле (16) производят определение угла β наклона фронта волны источника радиосигнала.

С выходов БФСС 8.2 и БФКС 9.2 три пары сигналов, соответствующих трем парам параметров S_i и C_i (для i = 1, 2, 3), поочередно поступают соответственно на объединенные первые и объединенные вторые входы ФП 11 и ФП 12. Кроме того, с выхода датчика 10 три сигнала, соответствующие углам ориентации антенн α_i (для i = 1, 2, ), поочередно поступают на объединенные третьи входы ФП 11 и ФП 12, где соответственно производится поочередное определение пар суммарных амплитудных значений параметров D_si и D_ci по алгоритмам (36) и (37). С выхода ФП 11 сигналы, соответствующие параметрам D_s1, D_s2 и D_s3, поочередно поступают на вход НС 14,2, где производят их суммирование. Кроме того, с выхода ФП 12 сигналы, соответствующие параметрам D_c1, D_c2 и D_c3, поочередно поступают на вход НС 14,3, где производят их суммирование.

Сигналы, соответствующие суммам D_s = D_s1 + D_s2 + D_s3 и D_c = D_c1 + D_c2 + D_c3, с выходов НС 14,2 и НС 14,3 поступают соответственно на первый и второй входы ФП 16. В ФП 16 осуществляют вычисление азимута θ источника радиоизлучения по формуле (44), соответствующий алгоритму (15).

В устройстве, реализующем предложенный способ, используются известные типовые для многоканальных радиопеленгаторов блоки: идентичные ненаправленные антенны, радиоприемные блоки, блоки вычитания и измерения разности фаз, генератор управляющих сигналов. Реализация этих блоков описана в ряде научно-технических источников информации [1. В.К. Мезин Автоматические радиопеленгаторы. - М. ; Сов. радио, 1969; 3. И.С. Кукес, М.Е.Старик. Основы радиопеленгации. - М., Сов. радио, 1964; 5. А.С.Саидов, А.Р.Тагилев, Н.М.Алиев, Г.К.Асланов. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М. ; Радио и связь, 1997]. На современном уровне развития техники радиоприемные блоки, блоки вычитания и измерения разности фаз реализуются, как правило, с использованием цифровой обработки сигналов [6. Марпл мл. С.Л.Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с анг. - М, Мир, 1990; 7. Заявка ЕПВ N 0137745, кл. G 01 S 3/48, 1985; 8. Заявка Великобритании N 2076152, кл. G 01 S 3/74, 1981]. Реализация других блоков устройства для осуществления способа радиопеленгования (компаратора, блока формирования разностей фаз и др.) с использованием цифровой обработки сигналов и современных быстродействующих электронно-вычислительных машин не вызывает технических сложностей и не требует дополнительного изобретательского творчества.

При пеленговании источников радиосигналов согласно предложенному способу рассеяние электромагнитных волн антеннами антенной решетки не приводит, в отличие от прототипа [4] и аналога [3], к погрешностям определения азимута θ. Кроме того, предложенный способ радиопеленгования за счет формирования и усреднения трех пар разностей фаз F_si и F_ci имеет по сравнению с прототипом [4] меньшие погрешности определения угла β наклона фронта волны, обусловленные взаимным влиянием антенн решетки. Это позволяет увеличить эффективность приема электромагнитных волн каждой антенной решетки и, соответственно, повысить чувствительность и точность радиопеленгации.

Предложенный способ радиопеленгования по сравнению с аналогами [1, 3] имеет на порядок меньшие ошибки разноса. На фиг. 6 приведены зависимости от относительного размера базы b/λ максимальных ошибок разноса

при β = 0, характеризующие точностные возможности предложенного способа радиопеленгования с трехэлементной антенной решеткой (график 1) и известных способов пеленгования с четырехэлементной антенной решеткой [1] (график 2) и восьмиэлементной антенной решеткой [3] (график 3).

Свойственные предложенному способу радиопеленгования малые ошибки разноса, не превышающие 0,44^o при максимальном для однозначного пеленгования относительном размере базы b/λ = 0,575, отсутствие зависимости погрешности определения азимута θ от рассеивающих свойств антенн решетки и незначительные ошибки определения угла наклона фронта волны, обусловленные взаимным влиянием антенн, позволяют повысить угловую чувствительность малобазовых радиопеленгаторов.

Claims (1)

1. Способ радиопеленгования, включающий прием радиосигнала с помощью трех идентичных ненаправленных антенн, образующих в плоскости пеленгования эквидистантную кольцевую антенную решетку, радиус r которой меньше третьей части длины волны λ радиосигнала, причем положение первой, второй и третьей антенн ориентировано относительно опорного направления в плоскости пеленгования, проходящего через центр антенной решетки, под углами 0, + 2π/3 и + 4π/3 радиан соответственно, одновременное или поочередное измерение трех разностей фаз φ_i между сигналами

   

   принятыми l-й и k-й антеннами, по правилу
   

   

   
   где i = 1, 2, 3;
   l = i+1-3δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{i}}{\text{3}}$ ;
   k = l+1-3δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{3}}$ ;
   δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{i}}{\text{3}}$ и δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{3}}$ - символы Кронекера,
   отличающийся тем, что выбирают из трех разностей фаз φ₁, φ₂ и φ₃ m-ю, значение модуля которой является максимальным или одним из максимальных значений модулей разностей фаз, одновременно или поочередно формируют три амплитудных значения разностных сигналов R_i по правилу
   

   

   

   
   m - значение индекса максимальной разности фаз;
   sgn(F_i) - знаковая функция параметра F_i,
   и однозначно определяют азимут θ и угол β наклона фронта волны источника радиосигнала по формулам
   

   

   
   где S_i =

   

   (R_i-R_l-R_k);
   С_i = 2(R_k-R_l);
   F_si =

   

   (F_i-F_l-F_k);
   F_сi = 2 (F_k-F_l);
   

   

Images