RU2201599C1 - Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization - Google Patents
Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2201599C1 RU2201599C1 RU2002117058A RU2002117058A RU2201599C1 RU 2201599 C1 RU2201599 C1 RU 2201599C1 RU 2002117058 A RU2002117058 A RU 2002117058A RU 2002117058 A RU2002117058 A RU 2002117058A RU 2201599 C1 RU2201599 C1 RU 2201599C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- signals
- input
- output
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ). The invention relates to radio engineering and can be used in radio monitoring systems to determine the location of radio emission sources (IRI).
Известен способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов пятиэлементной эквидистантной кольцевой антенной решеткой, выполненной из идентичных ненаправленных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, измерение разностей фаз между парами сигналов, одновременно и синхронно принимаемых последовательными парами антенных элементов, формирование пеленгационных характеристик радиосигналов по измеренным разностям фаз сигналов на различных парах элементов антенной решетки и соответствующей взаимной ориентации пар антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят о направлении на ИРИ [Заявка Великобритании 2140238, G 01 S 3/48, опубл. 1984 г.]. A known method of direction finding of radio signals, including receiving radio signals of a five-element equidistant ring antenna array made of identical non-directional antenna elements located in the direction-finding plane, measuring phase differences between pairs of signals simultaneously and simultaneously received by successive pairs of antenna elements, forming direction-finding characteristics of radio signals from the measured phase differences signals on different pairs of elements of the antenna array and the corresponding reciprocal the orientation of pairs of antenna elements in the direction-finding plane, which judge the direction to Iran [British application 2140238, G 01
Известен также пеленгатор, содержащий многоэлементную антенную решетку, расположенную в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, входы которого соединены с выходами соответствующих элементов антенной решетки, а пара выходов - с парой входов двухканального приемника, выполненного с общим гетеродином, пара выходов которого соединена с парой входов измерителя разности фаз, выход которого соединен с вычислителем пеленга [Заявка Германии 4128191, G 01 S 3/46, опубл. 1993 г.]. A direction finder is also known, comprising a multi-element antenna array located in the direction-finding plane, an antenna switch, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding elements of the antenna array, and a pair of outputs is connected to a pair of inputs of a two-channel receiver made with a common local oscillator, a couple of outputs of which are connected to a pair of inputs of the meter phase difference, the output of which is connected to a bearing calculator [German Application 4128191, G 01
Ограничениями указанных способа и устройства являются: во-первых, снижение точности пеленгования при нестабильности синхронного приема радиосигналов парами антенных элементов; во-вторых, увеличение вероятности аномальных ошибок пеленгования, связанных с измерениями разностей фаз радиосигналов, близких к±π радиан; в-третьих, зависимость точности пеленгования от качества измерения разностей фаз между парами сигналов; в-четвертых, наличие в двухканальном приемнике парных блоков, выполняющих одинаковые функции (фильтрация, усиление, преобразование сигналов и другие), что усложняет его техническую реализацию, увеличивает его массогабаритные характеристики и энергопотребление, снижает надежность, усложняет настройку пеленгатора в целом, что приводит к снижению качества пеленгации и ограничению области применения пеленгатора. The limitations of the indicated method and device are: firstly, a decrease in direction finding accuracy with the instability of synchronous reception of radio signals by pairs of antenna elements; secondly, an increase in the probability of anomalous direction-finding errors associated with measurements of phase differences of radio signals close to ± π radians; thirdly, the dependence of direction finding accuracy on the quality of measuring phase differences between pairs of signals; fourthly, the presence of paired units in a two-channel receiver that perform the same functions (filtering, amplification, signal conversion and others), which complicates its technical implementation, increases its weight and size characteristics and power consumption, reduces reliability, complicates the setup of the direction finder as a whole, which leads to reducing the quality of direction finding and limiting the scope of the direction finder.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов антенной решеткой, состоящей из N антенных элементов, выполненных идентичными в количестве не менее трех и расположенных в плоскости пеленгования, измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов, характеризующих фазы каждого радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне одним из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, относительно фазы радиосигнала, принимаемого в том же частотном поддиапазоне другим из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного для всех используемых пар антенных элементов, формирование двумерных угловых спектров каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят об азимутах и углах места принятых радиосигналов [Патент Российской Федерации 21442200, G 01 S 3/14, опубл. 2000 г.]. Closest to the technical nature of the proposed method is a method of direction finding radio signals, including receiving radio signals by an antenna array consisting of N antenna elements made identical in an amount of at least three and located in the direction-finding plane, measuring in each frequency subband the complex amplitudes of the pairs of signals characterizing the phases each radio signal received in the corresponding frequency subband by one of the antenna elements of the pair selected as a signal, relate the phase of the radio signal received in the same frequency subband by another of the antenna elements of the pair selected as a reference for all used pairs of antenna elements, the formation of two-dimensional angular spectra of each received in the corresponding frequency subband radio signal from the measured complex amplitudes of the signal pairs for different pairs of antenna elements of the antenna array according to the relative position of these antenna elements in the direction-finding plane, which are used to judge the azimuths and elevation angles radio [Russian Federation No. 21442200, G 01
В известном способе производят измерение комплексных спектров сигналов для опорного и сигнального каналов, получая комплексные амплитуды сигналов для каждого канала и частотного поддиапазона, которые после перемножения представляются комплексными амплитудами пар сигналов, синхронно принимаемых выбранными парами элементов антенной решетки для каждого частотного поддиапазона. Таким образом, в общем виде в известном способе после измерения пар комплексных амплитуд сигналов, синхронно принятых соответственно сигнальным и опорным антенными элементами, вычисляют для каждой выбранной пары антенных элементов и каждого частотного поддиапазона комплексную амплитуду пары сигналов в соответствии с выражением:
где * - знак комплексного сопряжения. Далее формируют, по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки, соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, двумерные угловые спектры для каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала и по значению аргументов максимального модуля двумерного углового спектра судят об азимутах и углах места радиосигналов.In the known method, the complex signal spectra are measured for the reference and signal channels, obtaining complex signal amplitudes for each channel and frequency subband, which after multiplication are represented by complex amplitudes of signal pairs synchronously received by selected pairs of antenna array elements for each frequency subband. Thus, in general terms in the known method after measuring pairs of complex amplitudes signals synchronously received respectively by the signal and reference antenna elements, for each selected pair of antenna elements and each frequency subband, the complex amplitude of the signal pair is calculated in accordance with the expression:
where * is the sign of complex conjugation. Next, form, according to the measured complex amplitudes of the signal pairs for different pairs of antenna elements of the antenna array, respectively, the relative position of these antenna elements in the direction-finding plane, two-dimensional angular spectra for each received in the corresponding frequency sub-band of the radio signal and the azimuths are judged by the value of the arguments of the maximum module of the two-dimensional angular spectrum and elevation angles of radio signals.
Преобразование сигналов в этом техническом решении производят многоканальным приемником последовательно во времени от пары антенных элементов, при этом в качестве опорного сигнала используют сигнал от одного элемента, не входящего в эту пару, последовательно во времени производят преобразование сигналов от следующих пар элементов, при этом в качестве опорного сигнала используют сигнал от одного элемента, не входящего в следующую пару, и указанным образом преобразуют сигналы с всех возможных пар антенных элементов. В других аналогичных технических решениях возможно преобразование сигналов и сравнение комплексных спектральных характеристик с использованием только одного опорного элемента (см., например, патент Российской Федерации 2096797, G 01 S 3/14, опубл. 1997 г.). The signal conversion in this technical solution is performed by a multi-channel receiver sequentially in time from a pair of antenna elements, while a signal from one element not included in this pair is used as a reference signal, and signals from the following pairs of elements are successively converted in time, while as The reference signal uses a signal from one element that is not included in the next pair, and signals from all possible pairs of antenna elements are converted in this way. In other similar technical solutions, it is possible to convert signals and compare complex spectral characteristics using only one reference element (see, for example, patent of the Russian Federation 2096797, G 01
Известен также пеленгатор, содержащий антенную решетку, выполненную из N антенных элементов в количестве не менее трех, выполненных идентичными и расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, выполненный с N входами и с двумя выходами - опорным и сигнальным с возможностью последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, причем выходы антенных элементов подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, приемник, блок определения амплитуд сигналов, вычислитель пеленга, последовательно соединенные, и генератор синхроимпульсов, выход которого подсоединен к управляющим входам антенного коммутатора и блока определения амплитуды сигналов, и который выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход антенного коммутатора для последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам [Патент Российской Федерации 21442200, G 01 S 3/14, опубл. 2000 г.]. A direction finder is also known, which contains an antenna array made of N antenna elements in an amount of at least three, made identical and located in the direction-finding plane, an antenna switch made with N inputs and with two outputs - a reference and a signal with the possibility of serial connection in time in a single the time interval of any pair of inputs, respectively, to the reference and signal outputs, and the outputs of the antenna elements are connected to the corresponding inputs of the antenna switch, receiver, block amplification of the signal amplitudes, a bearing calculator, connected in series, and a clock generator, the output of which is connected to the control inputs of the antenna switch and the signal amplitude determining unit, and which is configured to issue commands to the control input of the antenna switch for a serial connection in a single time interval any pair of inputs, respectively, to the reference and signal outputs [Patent of the Russian Federation 21442200, G 01
В этом техническом решении приемник, а также блок определения амплитуд сигналов, функцию которого выполняет блок преобразования Фурье и запоминающее устройство компонент спектра, выполнены двухканальными. In this technical solution, the receiver, as well as the unit for determining the amplitudes of the signals, the function of which is performed by the Fourier transform unit and the storage device of the spectrum components, are made two-channel.
Ограничениями указанных способа и устройства являются: во-первых, снижение точности пеленгования при нестабильности синхронного приема радиосигналов парами антенных элементов; во-вторых, наличие в двухканальном приемнике блоков, выполняющих одинаковые функции (фильтрация, усиление, преобразование сигналов и другие), что усложняет его техническую реализацию, увеличивает его массогабаритные характеристики и энергопотребление, снижает надежность, усложняет настройку пеленгатора в целом, что приводит к снижению качества пеленгации и ограничению области применения пеленгатора. The limitations of the indicated method and device are: firstly, a decrease in direction finding accuracy with the instability of synchronous reception of radio signals by pairs of antenna elements; secondly, the presence in the two-channel receiver of blocks that perform the same functions (filtering, amplification, signal conversion and others), which complicates its technical implementation, increases its weight and size characteristics and power consumption, reduces reliability, complicates the setup of the direction finder as a whole, which leads to a decrease direction finding quality and limiting the scope of the direction finder.
Решаемая изобретением задача - повышение качества пеленгации и расширение арсенала средств, предназначенных для пеленгования источников радиоизлучения. The problem solved by the invention is improving the quality of direction finding and expanding the arsenal of means intended for direction finding of radio emission sources.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа - повышение точности пеленгования за счет устранения зависимости пеленга от нестабильности синхронного приема радиосигналов. The technical result that can be obtained by implementing the method is to increase the accuracy of direction finding by eliminating the dependence of the bearing on the instability of the synchronous reception of radio signals.
Технический результат, который может быть получен при выполнении устройства - повышение надежности пеленгования, упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных характеристик и энергопотребления. The technical result that can be obtained when performing the device is to increase the reliability of direction finding, simplifying the design, reducing weight and size characteristics and energy consumption.
Поставленная задача решается тем, что в способе пеленгации радиосигналов, включающем прием радиосигналов антенной решеткой, состоящей из N антенных элементов, выполненных идентичными в количестве не менее трех и расположенных в плоскости пеленгования, измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов для пары антенных элементов, характеризующих фазы каждого радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне одним из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, относительно фаз радиосигнала, принимаемого в том же частотном поддиапазоне другим из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, формирование двумерных угловых спектров каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар антенных элементов антенной решетки соответственно взаимному расположению этих антенных элементов в плоскости пеленгования, по которым судят об азимутах и углах места принятых радиосигналов, согласно изобретению измерение в каждом частотном поддиапазоне комплексных амплитуд пар сигналов для пары антенных элементов производят путем измерения амплитуды B1 сигнала для одного из антенных элементов пары, выбранным в качестве сигнального, измерения амплитуды В2 сигнала для другого из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, вычисления амплитуды В3 сигнала, являющегося суммой сигналов для обоих антенных элементов пары, вычисления амплитуды В4 сигнала, являющегося суммой сигналов для обоих антенных элементов пары при задержке фазы сигнала для другого из антенных элементов пары, выбранным в качестве опорного, на 90o, и вычисления для различных пар антенных элементов антенной решетки комплексных амплитуд пар сигналов в соответствии с выражением
Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы:
- антенный элемент пары, выбранный в качестве опорного, был выбран также опорным для различных пар антенных элементов антенной решетки;
- в качестве элементов антенной решетки использовали ненаправленные антенны, а в качестве антенной решетки использовали J-кольцевую многоэлементную эквидистантную антенную решетку, выполненную с количеством колец не менее одного.The problem is solved in that in the method of direction finding of radio signals, including the reception of radio signals by an antenna array consisting of N antenna elements made identical in an amount of at least three and located in the direction finding plane, measuring in each frequency subband the complex amplitudes of the signal pairs for a pair of antenna elements, characterizing the phases of each radio signal received in the corresponding frequency subband by one of the antenna elements of the pair selected as a signal relative to of a radio signal received in the same frequency subband by another of the antenna elements of the pair selected as a reference, the formation of two-dimensional angular spectra of each received in the corresponding frequency subband radio signal from the measured complex amplitudes of the signal pairs for different pairs of antenna elements of the antenna array according to the relative position of these antenna elements in the direction-finding plane, by which the azimuths and elevation angles of the received radio signals are judged, according to the invention, the measurement in each the home frequency subband of the complex amplitudes of the pairs of signals for a pair of antenna elements is produced by measuring the amplitude B 1 of the signal for one of the antenna elements of the pair selected as a signal, measuring the amplitude of B 2 signal for another of the antenna elements of the pair selected as a reference, calculating the amplitude B 3 signals, which is the sum of the signals for both antenna elements of the pair, calculating the amplitude of 4 signals, which is the sum of the signals for both antenna elements of the pair with a delayed phase of the signal for the other about from the antenna elements of the pair selected as the reference, 90 o , and calculations for various pairs of antenna elements of the antenna array of complex amplitudes pairs of signals in accordance with the expression
There are additional options for implementing the method, in which it is advisable that:
- the antenna element of the pair, selected as the reference, was also selected as the reference for various pairs of antenna elements of the antenna array;
- omnidirectional antennas were used as elements of the antenna array, and a J-ring multi-element equidistant antenna array made with at least one ring number was used as the antenna array.
Поставленная задача решается также тем, что в пеленгаторе, содержащем антенную решетку, выполненную из N антенных элементов в количестве не менее трех, выполненных идентичными и расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, выполненный с N входами и с двумя выходами - опорным и сигнальным с возможностью последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, причем выходы антенных элементов подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, приемник, блок определения амплитуд сигналов, вычислитель пеленга, последовательно соединенные, и генератор синхроимпульсов, выход которого подсоединен к управляющим входам антенного коммутатора и блока определения амплитуды сигналов, и который выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход антенного коммутатора для последовательного во времени подключения в едином промежутке времени его любой пары входов соответственно к опорному и сигнальному выходам, согласно изобретению приемник и блок определения амплитуд сигналов выполнены одноканальными, введены блок формирования измерительных сигналов, опорный, сигнальный и управляющий входы которого подсоединены соответственно к опорному и сигнальному выходам антенного коммутатора, выходу генератора синхроимпульсов, а выход - к входу приемника, запоминающее устройство амплитуд сигналов, вход которого подсоединен к выходу блока определения амплитуд сигналов, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов, четыре входа и пара выходов которого подсоединены соответственно к четырем выходам запоминающего устройства амплитуд сигналов и паре входов вычислителя пеленга, при этом блок определения амплитуд сигналов снабжен управляющим выходом, подсоединенным к управляющим входам запоминающего устройства амплитуд сигналов, вычислителя комплексных амплитуд пар сигналов, вычислителя пеленга, блок формирования измерительных сигналов выполнен с возможностью последовательного в первом, втором, третьем и четвертом интервалах упомянутого единого промежутка времени формирования на его выходе соответственно первого сигнала с его опорного входа, второго сигнала с его сигнального входа, третьего сигнала, равного сумме сигналов с опорного входа и сигнального входа, и четвертого сигнала, равного сумме сигнала с сигнального входа и сигнала с опорного входа, фаза которого задержана на 90o, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход блока формирования измерительных сигналов для формирования в помянутых интервалах единого промежутка времени указанных первого, второго, третьего и четвертого сигналов и формирования на первом, втором, третьем и четвертом выходах запоминающего устройства амплитудных значений B1, В2, В3 и В4 этих сигналов, а вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов выполнен с возможностью вычисления комплексных амплитуд пар сигналов для каждой пары сигналов в соответствии с выражением:
где B1, В2, В3 и B4 - значения амплитуд сигналов, поступающих на его первый, второй, третий и четвертый входы соответственно.The problem is also solved by the fact that in the direction finder containing the antenna array made of N antenna elements in an amount of at least three, made identical and located in the direction finding plane, the antenna switch is made with N inputs and with two outputs - a reference and a signal with consecutive in time connection in a single time interval of any pair of inputs to the reference and signal outputs, respectively, and the outputs of the antenna elements are connected to the corresponding inputs of the antenna a switch, a receiver, a signal amplitude determining unit, a bearing calculator, connected in series, and a clock generator, the output of which is connected to the control inputs of the antenna switch and the signal amplitude determining unit, and which is configured to issue commands to the control input of the antenna switch for a serial connection in time in a single time interval of any pair of inputs, respectively, to the reference and signal outputs, according to the invention, the receiver and the unit for determining the amplitude Itud signals were made single-channel, a unit for generating measuring signals was introduced, the reference, signal and control inputs of which are connected respectively to the reference and signal outputs of the antenna switch, the output of the clock generator, and the output to the input of the receiver, a signal amplitude storage device, the input of which is connected to the output of the block determining the amplitudes of the signals, a complex amplitude computer calculator of signal pairs, four inputs and a pair of outputs of which are connected respectively to the four outputs the signal amplitude measuring device and the pair of inputs of the bearing calculator, while the signal amplitude determination unit is provided with a control output connected to the control inputs of the signal amplitudes storage device, the complex amplitudes of the signal pairs calculator, the bearing calculator, the measuring signal generation unit is arranged to be sequential in the first, second , the third and fourth intervals of the aforementioned single period of time of formation at its output, respectively, of the first signal from its supports input signal, the second signal from its signal input, the third signal equal to the sum of the signals from the reference input and the signal input, and the fourth signal equal to the sum of the signal from the signal input and the signal from the reference input, the phase of which is delayed by 90 o , the clock generator is made with the ability to issue commands to the control input of the measuring signal generation unit for generating the indicated first, second, third and fourth signals at the indicated intervals of a single time interval and generating at the first, second, the third and fourth outputs of the storage device of the amplitude values of B 1 , B 2 , B 3 and B 4 of these signals, and the calculator of the complex amplitudes of the signal pairs is configured to calculate the complex amplitudes of the signal pairs for each pair of signals in accordance with the expression:
where B 1 , B 2 , B 3 and B 4 are the amplitudes of the signals arriving at its first, second, third and fourth inputs, respectively.
Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы блок формирования измерительных сигналов был выполнен из пяти коммутаторов, из первого, второго и третьего коммутатора, каждый из которых выполнен с возможностью подключения его входа к одному из пары его выходов, из четвертого коммутатора, выполненного с возможностью подключения его выхода к одному из пары его входов, из пятого коммутатора, выполненного с возможностью подключения его выхода к одному из трех его входов, из фазовращателя и из сумматора, причем первый и второй выходы первого коммутатора подсоединены соответственно к первому входу четвертого коммутатора и входу фазовращателя, выход которого подсоединен к второму входу четвертого коммутатора, выход которого подсоединен к входу второго коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к первому входу пятого коммутатора и первому входу сумматора, первый и второй выходы третьего коммутатора подсоединены соответственно к второму входу пятого коммутатора и второму входу сумматора, выход которого подсоединен к третьему входу пятого коммутатора, управляющие входы всех пяти коммутаторов подсоединены к управляющему входу блока формирования измерительных сигналов, вход первого и вход третьего коммутаторов служат соответственно опорным и сигнальным входами блока формирования измерительных сигналов, а выход пятого коммутатора - выходом блока формирования измерительных сигналов. An additional embodiment of the device is possible, in which it is advisable that the measuring signal generation block be made of five switches, of the first, second and third switches, each of which is configured to connect its input to one of a pair of its outputs, from the fourth switch made with the ability to connect its output to one of a pair of its inputs, from the fifth switch, configured to connect its output to one of its three inputs, from the phase shifter and from the adder, moreover, the first and second outputs of the first switch are connected respectively to the first input of the fourth switch and the input of the phase shifter, the output of which is connected to the second input of the fourth switch, the output of which is connected to the input of the second switch, the first and second outputs of which are connected respectively to the first input of the fifth switch and the first input the adder, the first and second outputs of the third switch are connected respectively to the second input of the fifth switch and the second input of the adder, the output of which dsoedinen to the third input of the fifth switch, the control inputs of all five switches are connected to the control input generation unit measuring signal input of the first input and the third switch are respectively the reference and signal input unit for generating measurement signals, and the output of the fifth switch - the output unit for generating measurement signals.
Решение поставленной задачи с достижением технического результата обусловлено тем, что распределение фаз радиосигналов, принимаемых элементами антенной решетки, необходимое для формирования двумерных угловых спектров, определяется путем измерения амплитуд сигналов, принятых антенными элементами, и измерения амплитуд указанных комбинаций сигналов. Для осуществления предложенных действий над сигналами не требуется синхронных преобразований пар сигналов с последующим прямым измерением разностей фаз, и соответственно отсутствует необходимость использования для приема и преобразования сигналов достаточно сложного, как минимум, двухканального приемника с объединенным гетеродином каналов. The solution of the problem with the achievement of the technical result is due to the fact that the phase distribution of the radio signals received by the elements of the antenna array, necessary for the formation of two-dimensional angular spectra, is determined by measuring the amplitudes of the signals received by the antenna elements and measuring the amplitudes of these combinations of signals. To carry out the proposed actions on signals, synchronous conversions of signal pairs are not required followed by direct measurement of phase differences, and accordingly there is no need to use a sufficiently complex, at least two-channel receiver with combined local oscillator for receiving and converting signals.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его осуществления с ссылками на прилагаемые чертежи
фиг.1 изображает функциональную схему пеленгатора;
фиг. 2 - схему расположения элементов антенной решетки в плоскости пеленгования;
фиг. 3 - векторную диаграмму сигналов, принимаемых выбранной парой элементов антенной решетки;
фиг. 4 - функциональную схему варианта выполнения блока определения амплитуд сигналов;
фиг.5 - блок-схему программы автомата, реализующего обнаружитель сигнала в блоке определения амплитуды сигнала;
фиг.6 - функциональную схему варианта выполнения вычислителя комплексных амплитуд пар сигналов.These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by the best option for its implementation with reference to the accompanying drawings
figure 1 depicts a functional diagram of the direction finder;
FIG. 2 - arrangement of elements of the antenna array in the direction-finding plane;
FIG. 3 is a vector diagram of signals received by a selected pair of antenna array elements;
FIG. 4 is a functional diagram of an embodiment of a unit for determining signal amplitudes;
5 is a block diagram of a program of an automaton that implements a signal detector in a signal amplitude determining unit;
6 is a functional diagram of an embodiment of a calculator of complex amplitudes of signal pairs.
Поскольку заявленный способ пеленгации радиосигналов реализуется в работе устройства, то подробное его описание приведено в разделе описания работы пеленгатора. Since the claimed method of direction finding of radio signals is implemented in the operation of the device, its detailed description is given in the direction finder operation section.
Пеленгатор (фиг. 1) содержит антенную решетку (АР) 1, выполненную из N антенных элементов в количестве не менее трех, расположенных в плоскости пеленгования (азимутальной плоскости). Антенный коммутатор (АК) 2 выполненный с N входами и двумя выходами, один из которых выбран опорным, а второй за сигнальным. Выходы антенных элементов (АЭ) антенной решетки 1 подсоединены к соответствующим входам АК 2. Блок формирования измерительных сигналов (БФИС) 3, приемник 4, блок определения амплитуд сигналов (БОАС) 5, запоминающее устройство амплитуд сигналов (ЗУАС) 6, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов (ВКАПС) 7, вычислитель пеленга (ВП) 8, соединены последовательно. Опорный и сигнальный выходы АК 2 подсоединены соответственно к опорному и сигнальному входам БФИС 3, четыре выхода ЗУАС 6 подсоединены соответственно к четырем входам ВКАПС 7. Пара выходов ВКАПС 7 подсоединена соответственно к паре входов ВП 8. Два выхода ВП 8 служат выходом азимута θ и угла места β пеленгатора. Пеленгатор также содержит генератор синхроимпульсов (ГС) 9, выход которого подсоединен к управляющим входам АК 2, БФИС 3, БОАС 5. БФИС 3 может быть выполнен с помощью различных функциональных схем. Основным функциональным требованием к БФИС 3 служит обеспечение последовательного формирования на его выходе измерительных сигналов - соответственно первого сигнала с его опорного входа, второго сигнала с его сигнального входа, третьего сигнала, равного сумме сигналов с опорного входа и сигнального входа, и четвертого сигнала, равного сумме сигнала с сигнального входа и сигнала с опорного входа, фаза которого задержана на 90o.The direction finder (Fig. 1) contains an antenna array (AR) 1 made of N antenna elements in an amount of at least three located in the direction finding plane (azimuthal plane). Antenna switch (AK) 2 made with N inputs and two outputs, one of which is selected as the reference, and the second after the signal. The outputs of the antenna elements (AE) of the
Для упрощения пеленгатора целесообразно БФИС 3 выполнять на базе коммутаторов, фазовращателя и сумматора. To simplify the direction finder, it is advisable to perform
В этом дополнительном варианте БФИС 3 (фиг.1) содержит первый, второй и третий коммутаторы 10, 11 и 12, соответственно, четвертый коммутатор 13, пятый коммутатор 14, фазовращатель 15 и сумматор 16. Первый и второй выходы первого коммутатора 10 подсоединены соответственно к первому входу четвертого коммутатора 13 и входу фазовращателя 15, выход которого подсоединен к второму входу четвертого коммутатора 13. Выход четвертого коммутатора 13 подсоединен к входу второго коммутатора 11. Первый и второй выходы второго коммутатора 11 подсоединены к первым входам соответственно пятого коммутатора 14 и сумматора 16. Кроме того, первый и второй выходы третьего коммутатора 12 подсоединены к вторым входам соответственно пятого коммутатора 14 и сумматора 16. Выход сумматора 16 подсоединен к третьему входу пятого коммутатора 14. Кроме того, управляющие входы коммутаторов 10, 11, 12, 13 и 14 подсоединены к управляющему входу БФИС 3. Входы первого и третьего коммутаторов 10 и 12 являются соответственно опорным и сигнальным входами БФИС 3, а выход пятого коммутатора 14 - выходом БФИС 3. In this additional embodiment, BFIS 3 (figure 1) contains the first, second and
Антенная решетка 1 выполнена из N АЭ с идентичными характеристиками (амплитудными и фазовыми диаграммами направленности), размещенными, для упрощения конструкции, в плоскости пеленгования (азимутальной плоскости). Для дополнительного упрощения конструкции в качестве антенных элементов АР 1 целесообразно использовать идентичные ненаправленные антенны, например симметричные или несимметричные вибраторные антенны. С целью повышения точности пеленгования, в качестве АР 1 целесообразно использовать одно- или многокольцевые эквидистантные антенные решетки.
Антенный коммутатор 2 выполнен с возможностью подключения по соответствующим командам с ГС 9 в единых промежутках времени его любых пар входов соответственно к его опорному и сигнальному выходам.
Блок формирования измерительных сигналов 3 выполнен с возможностью по командам с ГС 9 последовательно в четырех интервалах единого промежутка времени передачи соответственно первого и второго сигналов с его опорного и сигнального входов, третьего сигнала, являющегося суммой сигналов с опорного и сигнального входов и четвертого сигнала, являющегося суммой сигнала с сигнального входа и сигнала с опорного входа, фаза которого задержана на 90o.The unit for generating
Приемник 4 выполнен одноканальным с возможностью фильтрации, усиления и преобразования радиосигналов на низкую частоту (для упрощения последующей обработки). The receiver 4 is made single-channel with the ability to filter, amplify and convert radio signals to a low frequency (to simplify subsequent processing).
БОАС 5 выполнен одноканальным с возможностью измерения амплитуд сигналов в каждом поддиапазоне рабочего диапазона частот, и, кроме того, с возможностью выдачи управляющих команд на запоминающее устройство амплитуд сигналов 6, вычислитель комплексных амплитуд пар сигналов 7 и вычислитель пеленга 8. BOAS 5 is made single-channel with the possibility of measuring signal amplitudes in each subband of the operating frequency range, and, in addition, with the possibility of issuing control commands to the signal amplitude storage device 6, a complex amplitude computer calculator of signal pairs 7 and a bearing computer 8.
ЗУАС 6 выполнено с возможностью запоминания для каждого поддиапазона частот и каждой пары АЭ четырех амплитуд сигналов, переданных через БФИС 3 в соответствующие интервалы промежутка времени с соответствующих пар АЭ АР 1. ZUAS 6 is made with the possibility of storing for each frequency subband and each pair of AE four amplitudes of the signals transmitted through
ВКАПС 7 выполнен с возможностью вычисления по четырем указанным амплитудам сигналов для каждой пары АЭ и каждого поддиапазона частот действительных и мнимых компонент комплексных амплитуд пар сигналов в соответствии с вышеупомянутым выражением.VKAPS 7 is configured to calculate four indicated signal amplitudes for each AE pair and each real frequency sub-band and imaginary component of the complex amplitudes of the signal pairs in accordance with the above expression.
Вычислитель пеленга 8 выполнен с возможностью формирования по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар АЭ антенной решетки 1 и соответственно взаимным расположениям АЭ в плоскости пеленгования двумерных (в азимутальной и угломестной плоскостях) угловых спектров каждого принятого в соответствующем частотном поддиапазоне радиосигнала, которые заключают в себе информационные данные об азимутах θ и углах места β радиосигналов. Bearing calculator 8 is capable of generating, according to the measured complex amplitudes, signal pairs for different pairs of AEs of
Генератор синхроимпульсов 9 выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход АК 2 для последовательного во времени подключения в единых промежутках времени соответствующих пар АЭ АР 1 к опорному и сигнальному выходам АК 2, с возможностью выдачи команд на управляющий вход БФИС 3 для последовательного в каждом промежутке времени формирования в соответствующих четырех интервалах времени вышеупомянутых измерительных сигналов. Кроме того, ГС 9 выполнен с возможностью выдачи команд на управляющие входы БОАС 5 для синхронизации его работы. The clock generator 9 is configured to issue commands to the control input of
Пеленгатор (фиг.1) работает следующим образом. The direction finder (figure 1) works as follows.
Электромагнитные волны (ЭМВ) каждого радиосигнала, излучаемого соответствующим источником радиоизлучения (ИРИ) в соответствующем частотном поддиапазоне, принимаются каждым идентичным АЭ антенной решетки 1 A1, А2, .. . An,...AN (фиг.2), для простоты показанной в виде кольцевой многоэлементной эквидистантной антенной решетки, причем на выходе n-го АЭ формируются сигналы которые могут быть представлены в виде:
где Zn= hEcosβ - амплитуда радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне;
Fn(t) = Фn+ωt+φ(t)+φ0 - текущая фаза радиосигнала, принимаемого в соответствующем частотном поддиапазоне;
n = 1, 2,..., N - номер антенного элемента N - элементной решетки;
ω - круговая частота радиосигнала;
t - время;
φ(t) - закон изменения фазы радиосигнала, обусловленный его угловой модуляцией;
φ0 - начальная фаза радиосигнала в центре О антенной решетки 1 (фиг.2),
h - действующая высота идентичных АЭ решетки;
Е - напряженность электромагнитного поля радиосигнала;
Фn = (2π/λ)rncosβcos(θ-αn) - фаза n-го АЭ решетки, зависящая от его пространственного положения относительно центра O антенной решетки;
λ - длина волны радиосигнала;
rn - расстояние от центра О антенной решетки до точки размещения n-го АЭ;
αn - угол ориентации пространственного положения n-ого АЭ относительно выбранного опорного направления ОС, проходящего через центр О антенной решетки;
β - угол места (угол наклона фронта волны) радиосигнала, то есть угол между направлением вектора распространения ЭМВ и проекцией направления на азимутальную плоскость (плоскость пеленгования);
θ - азимут радиосигнала, то есть угол между проекцией направления вектора распространения ЭМВ радиосигнала на плоскость пеленгования и опорным направлением ОС.Electromagnetic waves (EMW) of each radio signal emitted by the corresponding source of radio emission (IRI) in the corresponding frequency subband are received by each identical AE of the antenna array 1 A 1 , A 2 , ... A n , ... A N (Fig. 2), for simplicity, shown in the form of a ring multielement equidistant antenna array, and at the output of the nth AE, signals are generated that can be represented as:
where Z n = hEcosβ is the amplitude of the radio signal received in the corresponding frequency subband;
F n (t) = Ф n + ωt + φ (t) + φ 0 - the current phase of the radio signal received in the corresponding frequency subband;
n = 1, 2, ..., N is the number of the antenna element of N - element array;
ω is the circular frequency of the radio signal;
t is the time;
φ (t) is the law of phase change of the radio signal due to its angular modulation;
φ 0 - the initial phase of the radio signal in the center O of the antenna array 1 (figure 2),
h is the effective height of identical AE lattices;
E is the electromagnetic field strength of the radio signal;
Ф n = (2π / λ) r n cosβcos (θ-α n ) is the phase of the n-th AE array, depending on its spatial position relative to the center O of the antenna array;
λ is the wavelength of the radio signal;
r n is the distance from the center O of the antenna array to the location point of the n-th AE;
α n - the orientation angle of the spatial position of the n-th AE relative to the selected reference direction of the OS passing through the center O of the antenna array;
β is the elevation angle (angle of inclination of the wave front) of the radio signal, that is, the angle between the direction of the vector EMV propagation and projection directions on the azimuthal plane (direction-finding plane);
θ is the azimuth of the radio signal, that is, the angle between the projection of the direction of the vector the propagation of electromagnetic waves of the radio signal on the direction-finding plane and the reference direction of the OS.
При этом фазы выбранной пары АЭ Фno и Фnc, зависящие от пространственного положения относительно центра О антенной решетки 1 n0-го АЭ, принятого за опорный, и nc-ого АЭ, принятого за сигнальный (см. фиг.2), описываются выражениями:
где n0 = 1, 2,..., N - порядковый номер опорного АЭ в выбранной паре;
nс = 1, 2,..., N - порядковый номер сигнального АЭ в выбранной паре;
n0≠nc.In this case, the phases of the selected pair of AEs Ф no and Ф nc , depending on the spatial position relative to the center О of the antenna array 1 n 0th AE, taken as the reference, and n c- th AE, taken as a signal (see figure 2), are described by the expressions:
where n 0 = 1, 2, ..., N is the serial number of the reference AE in the selected pair;
n with = 1, 2, ..., N is the serial number of the signal AE in the selected pair;
n 0 ≠ n c .
Необходимо отметить, что переизлучение ЭМВ антенными элементами решетки приводит к искажению как амплитуд и , так и фаз и сигналов принятых n0-м опорным и nс-м сигнальным АЭ. При этом результирующие амплитуды и n0-го и nс-го АЭ и разность фаз между nс-м и n0-м АЭ для пары АЭ можно представить в виде:
где - изменения амплитуд сигналов для опорного и сигнального АЭ за счет переизлучения в решетке;
- погрешность разности фаз между сигналами, принятыми сигнальными и опорным АЭ, обусловленная переизлучением в антенной решетке.It should be noted that reemission of electromagnetic waves by antenna elements of the array leads to distortion of both amplitudes and and phases and signals received by the n 0th reference and n with the th signal AE. In this case, the resulting amplitudes and n 0 th and n s th AE and phase difference between n with -th and n 0 -th AE for a pair of AE can be represented as:
Where - changes in the amplitudes of the signals for the reference and signal AE due to re-radiation in the grating;
- the error of the phase difference between the signals received by the signal and reference AE, due to re-radiation in the antenna array.
Погрешности разности фаз между парами сигналов, принятыми АЭ решетки, зависят от эффективности переизлучения ЭМВ антенными элементами. Использование в качестве АЭ ненаправленных антенн уменьшает эти погрешности. Кроме того, использование в качестве антенной решетки 1 многоэлементной эквидистантной одно- или многокольцевой решетки приводит к гармоническому (знакопеременному) характеру погрешностей , которые при формировании общей пеленгационной характеристики пеленгатора на основе усреднения результатов измерений разностей фаз по всем возможным пеленгационным парам АЭ взаимно компенсируются.The errors of the phase difference between the pairs of signals received by the AE of the array depend on the efficiency of reemission of electromagnetic waves by antenna elements. The use of non-directional antennas as AE reduces these errors. In addition, the use of a multi-element equidistant single or multi-ring array as an
Радиосигналы, принятые N антенными элементами антенной решетки 1, описываемые вышеприведенными выражениями, с их выходов поступают на соответствующие N входов АК 2. По команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющий вход АК 2, сигналы с выбранной пары nо-го и nс-го АЭ в течение промежутка времени Δt поступают соответственно на опорный и сигнальный выходы АК 2 и далее, соответственно на опорный и сигнальный входы БФИС 3, то есть на входы соответственно первого и третьего коммутаторов 10 и 12 (фиг.1).Radio signals received N antenna elements of the
По команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 (на управляющие входы первого, второго, четвертого и пятого коммутаторов 10, 12, 13 и 14), БОАС 5 в первый интервал Δt1 промежутка Δt времени принятые nо-м АЭ в рабочем диапазоне частот сигналы с первого выхода первого коммутатора 10 поступают на первый вход четвертого коммутатора 13, а с его выхода - на вход второго коммутатора 11, и далее, с первого выхода второго коммутатора 11 - на первый вход пятого коммутатора 14, а с его выхода - на вход приемника 4. Сигналы, поступившие на вход приемника 4, подвергаются в нем фильтрации и усилению в поддиапазоне частот приемника с коэффициентом усиления Кп, переносу на промежуточные частоты и с выхода приемника 4 поступает на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому nо-м АЭ антенной решетки 1 радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды B1 сигнала, которая описывается выражением:
Сигналы, соответствующие измеренным в первый интервал Δt1 промежутка Δt времени амплитудам B1 каждого радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, с выхода БОАС 5 поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступающей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, производится их запоминание.According to the command coming from the output of the GS 9 to the control inputs of the BFIS 3 (to the control inputs of the first, second, fourth and
The signals corresponding to the amplitudes B 1 measured in the first interval Δt 1 of the time interval Δt of each radio signal in the corresponding frequency subband, from the output of the BOAS 5 are fed to the input of the ZUAS 6, where, by the command from the control output of the BOAS 5 to the control input of the ZUAS 6 memorization.
Далее, по команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 (на управляющие входы третьего и пятого коммутаторов 12 и 14) и БОАС 5 во второй интервал Δt2 промежутка Δt времени, принятые nс-м АЭ АР 1 в рабочем диапазоне частот сигналы с первого выхода третьего коммутатора 12 поступают на второй вход пятого коммутатора 14, а с его выхода - на вход приемника 4, где преобразуются вышеизложенным образом и поступают на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому nс-м АЭ антенной решетки 1 радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды В2 сигнала, которая описывается выражением:
Сигналы, соответствующие измеренным во второй интервал Δt2 промежутка Δt времени амплитудам В2 каждого радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, с выхода БОС 5 поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступающей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, производится их запоминание.Further, according to the command received from the output of the GS 9 to the control inputs of the BFIS 3 (to the control inputs of the third and fifth switches 12 and 14) and BOAS 5 in the second interval Δt 2 of the time interval Δt, taken n with the AE AR 1 in the operating range frequency signals from the first output of the third switch 12 are fed to the second input of the fifth switch 14, and from its output to the input of the receiver 4, where they are converted as described above and fed to the input of the BOAS 5. In BOAS 5 for each frequency subband corresponding to each received n with
The signals corresponding to the amplitudes B 2 measured in the second interval Δt 2 of the time interval Δt of each radio signal in the corresponding frequency subband, from the output of the BOS 5 are fed to the input of the ZUAS 6, where, according to the command received from the control output of the BAS 5 to the control input of the ZUAS 6 memorization.
Далее, по команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 и БОАС 5 в третий интервал Δt3 промежутка Δt времени, принятые nо-м АЭ в диапазоне частот сигналы с первого выхода первого коммутатора 10 поступают на первый вход четвертого коммутатора 13, а с его выхода - на вход второго коммутатора 11, и далее, с второго выхода второго коммутатора 11 - на первый вход сумматора 16. Кроме того, одновременно принятые nс-м АЭ в диапазоне частот сигналы с второго выхода третьего коммутатора 12 поступают на второй вход сумматора 16, где суммируются с соответствующими сигналами, принятыми nо-м АЭ. Просуммированные сигналы с выхода сумматора 16 поступают на третий вход пятого коммутатора 14, а с его выхода - на вход приемника 4, где преобразуются вышеизложенным образом и поступают на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому nо-м и nс-м АЭ радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды В3 суммарного сигнала от указанной пары АЭ, которая с учетом векторной диаграммы, представленной на фиг.3, и известной теоремы косинусов [см. , например. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). -М.: Наука, 1978 - 832 с.] описывается выражением:
Сигналы, соответствующие измеренным в третий интервал Δt3 промежутка Δt времени амплитудам В3 каждого суммарного радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, с выхода БОАС 5 поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступившей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, производится их запоминание.Further, according to the command received from the output of the GS 9 to the control inputs of the
The signals corresponding to the amplitudes B 3 measured in the third interval Δt 3 of the Δt time interval in each of the total radio signals in the corresponding frequency subband, from the output of the BOAC 5 are fed to the input of the ZUAS 6, where, according to the command received from the control output of the BOAS 5 to the control input of the ZUAS 6, their memorization.
И наконец, по команде, поступающей с выхода ГС 9 на управляющие входы БФИС 3 и БОАС 5 в четвертый интервал Δt4 промежутка Δt времени, принятые nо-м АЭ в рабочем диапазоне частот сигналы с второго выхода первого коммутатора 10 поступают на вход фазовращателя 15, где производится задержка фаз радиосигналов на 90o. С выхода фазовращателя 15 сигналы поступают на второй вход четвертого коммутатора 13, а с его выхода - на вход второго коммутатора 11, и далее, с второго выхода второго коммутатора 11 - на первый вход сумматора 16. Кроме того, одновременно принятые nс-м АЭ в диапазоне частот сигналы с второго выхода третьего коммутатора 12 поступают на второй вход сумматора 16, где суммируются с соответствующими сигналами, принятыми nо-м АЭ, фазы которых задержаны на 90o. Просуммированные сигналы с выхода сумматора 16 поступают на третий вход пятого коммутатора 14, а с его выхода - на вход приемника 4, где преобразуются вышеизложенным образом и поступают на вход БОАС 5. В БОАС 5 для каждого частотного поддиапазона, соответствующего каждому принятому nо-м и nс-м АЭ радиосигналу от соответствующего ИРИ, производится определение амплитуды В4 сигнала, являющегося суммой сигнала, принятого nо-м АЭ, фаза которого задержана на 90o и сигнала, принятого nс-м АЭ выбранной пары АЭ, которая с учетом векторной диаграммы, представленной на фиг. 3, известной теоремы косинусов и простейших тригонометрических преобразований описывается выражением:
Сигналы, соответствующие измеренным в четвертый интервал Δt4/ промежутка Δt времени амплитудам В4 каждого суммарного радиосигнала в соответствующем частотном поддиапазоне, поступают на вход ЗУАС 6, где по команде, поступившей с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ЗУАС 6, также производится их запоминание.And finally, according to the command received from the output of the GS 9 to the control inputs of the
The signals corresponding to the amplitudes B 4 measured in the fourth interval Δt 4 / time interval Δt of time for each total radio signal in the corresponding frequency subband are fed to the input of the ZUAS 6, where, by the command from the control output of the BOAS 5 to the control input of the ZUAS 6, they are also stored .
Двузначные значения разности фаз могут быть определены из любого вышеуказанного выражения, описывающего В3 или В4. При этом наиболее целесообразно для определения двузначной разности фаз использовать выражение, описывающее В3. Так как в это выражение для В3, в отличие от выражения, описывающего В4, не входит параметр, зависящий от дополнительного функционального преобразования радиосигналов - задержки фазы на 90o. Следовательно, погрешность задержки фазы, которая может возникать при технической реализации фазовращателя 15, в случае использования выражения для В3 не влияет на точность оценки . Поэтому, двузначные значения разности фаз в области от 0 до ±π радиан, целесообразно определять из выражения:
При этом математическое выражение, описывающее В4, целесообразно использовать для устранения неоднозначности определения . Из вышеупомянутого выражения для B4 следует:
и далее
Отсюда получаем правило выбора знака разности фаз :
где
В связи с этим сигналы, соответствующие измеренным амплитудам B1, В2, В3 и В4, с выходов ЗУАС 6 поступают на соответствующие входы ВКАПС 7, где для каждой пары антенных элементов и каждого частотного поддиапазона по командам, поступающим с управляющего выхода БОАС 5 на управляющий вход ВКАПС 7, производится вычисление комплексных амплитуд пар сигналов , аналогичных комплексным амплитудам пар сигналов наиболее близкого аналога, но в соответствии с другим выражением:
,
в котором распределение фаз радиосигналов, принимаемых АЭ антенной решетки 1, необходимое для формирования двумерных угловых спектров, определяется путем измерения амплитуд сигналов, принятых АЭ, и измерения амплитуд указанных комбинаций сигналов.Two-digit phase difference values may be determined from any of the above expressions describing B 3 or B 4 . In this case, it is most appropriate to determine the two-digit phase difference use an expression that describes B 3 . Since this expression for B 3 , unlike the expression describing B 4 , does not include a parameter depending on the additional functional conversion of radio signals - phase delay of 90 o . Therefore, the error of the phase delay, which may occur during the technical implementation of the phase shifter 15, in the case of using the expression for B 3 does not affect the accuracy of the estimate . Therefore, two-digit phase difference values in the range from 0 to ± π radians, it is advisable to determine from the expression:
In this case, the mathematical expression describing In 4 , it is advisable to use to eliminate the ambiguity of the definition . From the above expression for B 4 it follows:
and further
From here we get the rule of choosing the sign of the phase difference :
Where
In this regard, the signals corresponding to the measured amplitudes B 1 , B 2 , B 3 and B 4 from the outputs of the ZUAS 6 are supplied to the corresponding inputs of the VCAPS 7, where for each pair of antenna elements and each frequency subband according to the commands received from the BOAS control output 5 to the control input of VKAPS 7, the complex amplitudes of the signal pairs are calculated similar to the complex amplitudes of the pairs of signals of the closest analogue, but in accordance with another expression:
,
in which the phase distribution of the radio signals received by the AE of the
Как следует из этого выражения, для осуществления заявленных действий над сигналами уже не требуется синхронных преобразований пар сигналов с последующим прямым измерением разностей фаз, и соответственно, отсутствует необходимость использования для приема и преобразования сигналов достаточно сложного, как минимум, двухканального приемника с объединенным гетеродином каналов. As follows from this expression, synchronized transformations of signal pairs with subsequent direct measurement of phase differences are no longer required to carry out the declared actions on the signals, and accordingly, there is no need to use a sufficiently complex, at least, two-channel receiver with combined channel oscillator for receiving and converting signals.
Аналогичным образом по командам, поступающим с выхода ГС 9 последовательно во времени обрабатываются сигналы с других возможных пар АЭ антенной решетки 1 в течение других промежутков времени Δt. Вычисленные в ВКАПС 7 для различных пар антенных элементов и для каждых k-х частотных поддиапазонов комплексные амплитуды пар сигналов в виде действительной и мнимой компонент с пары выходов ВКАПС 7 поступают соответственно на пару входов ВП 8, на управляющий вход которого поступают соответствующие команды с управляющего выхода БОАС 5.Similarly, according to the commands received from the output of the HS 9, signals from other possible pairs of AEs of the
Формирование в ВП 8 по измеренным комплексным амплитудам пар сигналов для различных пар элементов антенной решетки 1 двумерных угловых спектров, по которым судят об азимутах θ и углах места β радиосигналов, можно осуществлять различными методами. Для заявляемого способа уже не является принципиальным, какой из алгоритмов оценки комплексных амплитуд пар сигналов был использован.Formation in VP 8 according to the measured complex amplitudes pairs of signals for different pairs of elements of the
Наилучший вариант выполнения вычислений в ВП 8 изложен в ближайшем аналоге. Для такого варианта во-первых, по сигналам, поступающим с ВКАПС 7 на пару входов ВП 8 формируют Р групп комплексных амплитуд пар сигналов, полученных с использованием пар АЭ, имеющих одинаковую базу bp то есть с одинаковым расстоянием между nо-м и nс-м АЭ:
где р = 1, 2,..., Р - порядковый номер группы комплексных амплитуд пар сигналов, содержащий Np комплексных амплитуд пар сигналов, принятых nо-м и nс-м АЭ решетки, имеющих одинаковую базу - радиус кольца, антенной решетки, на котором расположен сигнальный АЭ пары; - радиус кольца, антенной решетки, на котором расположен опорный АЭ пары; - угловые ориентации соответственно сигнального и опорного элементов пары относительно опорного направления антенной решетки.The best option for performing calculations in VP 8 is described in the closest analogue. For this option, firstly, according to the signals coming from VKAPS 7 to the pair of inputs of VP 8, P groups of complex amplitudes of pairs of signals obtained using pairs of AEs having the same base b p that is, with the same distance between n о- th and n with AE:
where p = 1, 2, ..., R - number of groups of pairs of amplitude signals comprising N p complex amplitudes of pairs of signals received on the n th and n -th with AE lattice having the same base - radius of the ring, antenna array, on which the signal AE of the pair is located; - radius of the ring, antenna array, on which the reference AE of the pair is located; - angular orientations, respectively, of the signal and reference elements of the pair relative to the reference direction of the antenna array.
Во-вторых, по каждой группе комплексных амплитуд пар сигналов вычисляют Р двумерных угловых спектров каждого k-го радиосигнала, соответствующего k-му частотному поддиапазону, в соответствии с выражением:
где k = 1, 2,..., К - порядковый номер частотного поддиапазона;
lp=1, 2,...,Np - порядковый номер пары nо-го и nс-го АЭ, удовлетворяющих указанному выше условию;
Lθdθ - аргумент азимута углового спектра,
dθ - шаг вычисления азимута углового спектра,
Lβdβ - аргумент угла места углового спектра,
dβ - шаг вычисления угла места углового спектра,
- расчетное значение сдвига фаз между сигналами, принимаемыми nо-й и nс-й АЭ для k-го частотного поддиапазона, определяемое выражением:
В-третьих, формируют результирующий двумерный угловой спектр каждого k-го радиосигнала путем перемножения всех его Р спектров в соответствии с выражением:
В-четвертых, производят вычисление наибольшего значения Qk модуля действительной части результирующего двумерного углового спектра qk для каждого k-го радиосигнала по всем аргументам Lθdθ и Lβdβ:
по всем значениям
И наконец, производят определение значений азимутов θ и углов места β радиосигналов, равных аргументам соответственно Lθdθ и Lβdβ, при которых модули соответствующих действительных частей результирующих двумерных угловых спектров радиосигналов принимают максимальные значения.Secondly, for each group of complex amplitudes of signal pairs, P two-dimensional angular spectra are calculated each k-th radio signal corresponding to the k-th frequency subband, in accordance with the expression:
where k = 1, 2, ..., K is the serial number of the frequency subband;
lp = 1, 2, ..., N p is the sequence number of the pair n о th and n s th AE satisfying the above condition;
L θ dθ is the argument of the azimuth of the angular spectrum,
dθ is the step of calculating the azimuth of the angular spectrum,
L β dβ is the argument of the elevation angle of the angular spectrum,
dβ is the step of calculating the elevation angle of the angular spectrum,
- the calculated value of the phase shift between the signals received n about and n with the AE for the k-th frequency subband, defined by the expression:
Thirdly, the resulting two-dimensional angular spectrum is formed each k-th radio signal by multiplying all its P spectra in accordance with the expression:
Fourthly, the largest modulus Q k of the real part of the resulting two-dimensional angular spectrum q k is calculated for each k-th radio signal for all arguments L θ dθ and L β dβ:
in all respects
Finally, the azimuths θ and elevation angles β of the radio signals are determined equal to the arguments L θ dθ and L β dβ, respectively, at which the modules of the corresponding real parts of the resulting two-dimensional angular spectra of the radio signals take maximum values.
Выполнение ВП 8 указанным образом позволяет компенсировать погрешности измерения разностей фаз между парами АЭ, обусловленные взаимным влиянием АЭ, путем их суммирования по соответствующим группам комплексных амплитуд пар сигналов. Перемножение угловых спектров, соответствующих группам комплексных амплитуд пар сигналов, приводит к сужению основного лепестка и уменьшению уровня боковых лепестков результирующего углового спектра, что приводит к повышению точности пеленгования и возможности увеличения при фиксированном уровне боковых лепестков межэлементных расстояний в антенной решетке 1, что упрощает реализацию антенной решетки 1 при необходимости функционирования в широком диапазоне частот. The implementation of VP 8 in this way allows you to compensate for errors in the measurement of phase differences between pairs of AE, due to the mutual influence of AE, by summing them over the corresponding groups of complex amplitudes of signal pairs. The multiplication of the angular spectra corresponding to the groups of complex amplitudes of the signal pairs leads to a narrowing of the main lobe and a decrease in the level of the side lobes of the resulting angular spectrum, which leads to an increase in direction finding accuracy and the possibility of an increase in the interelement distances of the side lobes in the
В устройстве, реализующем предложенный способ, используются известные типовые для пеленгаторов блоки, различные варианты осуществления которых описаны в ряде научно-технических источников информации. Специалистам понятно, что конкретные функциональные схемы отдельных блоков могут отличаться функциональными схемами их выполнения, конструктивной и элементной базой, связями между функциональными элементами, однако обобщенная функциональная схема (фиг. 1), описывающая заявленное устройство независимым пунктом формулы, сохраняется. Варианты реализации антенных элементов и антенной решетки 1 приведены, например, в [Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997], антенного коммутатора 2 и коммутаторов 10 - 14 блока формирования измерительных сигналов 3 - в [Дзехцер Г.Б., Орлов О.С. P-i-n диоды в широкополосных устройствах СВЧ. - М.: Сов. радио, 1970 - 200 с.], [Гиниятулин Ф.А. Электронный ключ для коммутации - Труды НИИР, 1979, 3.], [Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.], [Нефедов Е. И., Саидов А.С., Тагилаев А.Р. Широкополосные микрополосковые управляющие устройства СВЧ. - М.: Радио и связь, 1994], фазовращателя 15 - в [Нефедов Е. И. , Саидов А.С., Тагилаев А.Р. Широкополосные микрополосковые управляющие устройства СВЧ. - М.: Радио и связь, 1994], [Авраменко В.Л., Галямичев Ю.П., Ланнэ А.А. Электрические линии задержки и фазовращатели. - М.: Связь, 1973. - 107 с. ], сумматора 16 - в [Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.], приемника 4 - в [Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. -М.: Мир, 1990. - 256 с. ] , [Рэд Э.Т. Схемотехника радиоприемников. Практическое пособие: Пер. с нем. - М.: Мир, 1989. - 152 с.]. The device that implements the proposed method uses well-known typical direction finder blocks, various embodiments of which are described in a number of scientific and technical information sources. It will be appreciated by those skilled in the art that specific functional circuits of individual blocks may differ in functional circuits for their implementation, structural and elemental base, and connections between functional elements, however, the generalized functional diagram (Fig. 1), which describes the claimed device as an independent claim, is preserved. Implementation options for antenna elements and
Функциональная схема варианта реализации БОАС 5 с использованием цифровой обработки сигналов представлена на фиг. 4. В этом случае БОАС 5 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17, запоминающее устройство 18 временных выборок (ЗУВВ), блок 19 дискретного преобразования Фурье (БДПФ), блок 20 обнаружителя сигналов (ОС), запоминающее устройство 21 частотных поддиапазонов (ЗУЧП), блок 22 управления (БУ), цифровой мультиплексор 23 (ЦМ), вычислитель 24 квадратов компонент спектров (ВККС), запоминающее устройство 25 квадратов компонент спектров (ЗУККС), сумматор 26 квадратов компонент спектров (СККС), вычислитель 27 квадратного корня (ВКК). Вход АЦП 17 является входом БОАС 5. Выход АЦП 17 подсоединен к входу ЗУВВ 18, имеющего М выходов (на фиг. 4 для простоты показан один выход М). Выходы ЗУВВ 18 подсоединены к соответствующим входам БДПФ 19, имеющего М входов и М/2 выходов данных. Выходы данных БДПФ 19 подключены к соответствующим входам данных М/2 - канального ОС 20 и одновременно к соответствующим входам данных М/2 - канального ЦМ 23. Выходы ОС 20 подсоединены к входу ЗУЧП 21, выходы которого подключены к входам данных БУ 22. Выход ЦМ 23 подсоединен к двум входам ВККС 24, выход которого подсоединен к входу ЗУККС 25. Выходы ЗУККС 25 в количестве N/2 подключены соответственно к М/2 входам данных М/2 -канального СККС 26, единственный выход которого подсоединен к ВКК 27. Выход ВКК 27 является выходом БОАС 5. Кроме этого, управляющие входы АЦП 17, ЗУВВ 18, БДПФ 19, ОС 20, ЗУЧП 21 и БУ 22 подключены к управляющему входу БОАС 5. а управляющие входы ЦМ 23, ВККС 24 и ЗУККС 25 подключены к выходу БУ 22, выход которого является управляющим выходом БОАС 5. A functional diagram of an embodiment of the BOAS 5 using digital signal processing is shown in FIG. 4. In this case, the BOAS 5 contains an analog-to-digital converter (ADC) 17, a memory device 18 of temporary samples (ZUVV), a
АЦП 17 осуществляет операции дискретизации по времени с частотой FT и квантования по уровню сигнала, поступающего на вход БОАС 5 с выхода приемника 4. Частота дискретизации FT выбирается в соответствии с выражением [Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. Изд. 3-е перераб. и доп. - М.: Советское радио, 1977. - 608 с.]: FT≥2Df, где Df - поддиапазон частот приемника.The ADC 17 performs time sampling operations with a frequency F T and quantization according to the level of the signal received at the input of the BOAS 5 from the output of the receiver 4. The sampling frequency F T is selected in accordance with the expression [I. Gonorovsky Radio engineering circuits and signals. Textbook for high schools. Ed. 3rd rev. and add. - M .: Soviet Radio, 1977. - 608 pp.]: F T ≥2D f , where D f is the receiver sub-band.
Цифровые значения, соответствующие выборкам цифрового (дискретизированного и квантованного сигнала), запоминаются в ЗУВВ 18, в количестве М выборок. Число М выбирается таким, чтобы обеспечить возможность разрешения по частоте двух сигналов, имеющих близкие несущие (центральные) частоты. Для этого необходимо, чтобы соседние спектральные составляющие дискретного преобразования Фурье отличались по частоте не более чем на половину минимального разноса частот между соседними сигналами. Следовательно, выбор числа М может быть осуществлен в соответствии с выражением:
,
где Δfmin - минимальный разнос частот между двумя сигналами.Digital values corresponding to samples of a digital (discretized and quantized signal) are stored in the RAM 18, in the number of M samples. The number M is chosen so as to enable frequency resolution of two signals having close carrier (center) frequencies. For this, it is necessary that the neighboring spectral components of the discrete Fourier transform differ in frequency by no more than half the minimum frequency spacing between adjacent signals. Therefore, the choice of the number M can be carried out in accordance with the expression:
,
where Δf min is the minimum frequency spacing between two signals.
После накопления М выборок цифрового сигнала в ЗУВВ 18, весь массив накопленных значений цифрового сигнала подается на БДПФ 19, где осуществляется операция дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Накопление M выборок в ЗУВВ 18 позволяет в БДПФ 19 использовать эффективные математические алгоритмы "быстрого" преобразования Фурье (БПФ). БДПФ 19 с использованием БПФ целесообразно реализовать в виде программного автомата [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1978.]. На выходах БДПФ 19 формируются М/2 вещественных цифровых значений, соответствующих значениям M/2 спектральных составляющих амплитудного спектра полного рассматриваемого диапазона частот. After the accumulation of M samples of the digital signal in the RAM 18, the entire array of accumulated values of the digital signal is fed to the
Выходы БДПФ 19 подключены одновременно к входам ОС 20 и ЦМ 23. ОС 20 осуществляет обнаружение сигналов в рассматриваемом диапазоне частот и объединение спектральных составляющих с выходов БДПФ 19 в К групп, соответствующих К поддиапазонам, в которых обнаружены сигналы. Методы обнаружения сигналов в ОС 20 могут быть различными и не являются предметом изобретения. Например, обнаруженным может считаться сигнал в поддиапазоне, если амплитуды всех спектральных составляющих внутри данного частотного поддиапазона превышают некоторый пороговый уровень, заведомо превышающий уровень шумов на выходах БДПФ 19. Действующий в соответствии с приведенным методом обнаружения ОС 20 может быть выполнен в виде автомата, реализованного на основе микропроцессора и действующего в соответствии с программой, блок-схема которой приведена на фиг.5. The outputs of the
В программе используются: логическая переменная noSignal (принимающая значения ИСТИНА или ЛОЖЬ), переменная А в которую записывается значение рассматриваемой на данном шаге амплитуды спектральной составляющей S[i], i - целочисленный параметр цикла (0≤i≤M/2), k - целочисленный номер рассматриваемого поддиапазона (0≤k≤K). Кроме переменных в программе используется и константное значение findLevel, равное уровню сигнала необходимому для обнаружения. The program uses: the boolean variable noSignal (accepting the values TRUE or FALSE), the variable A into which the value of the amplitude of the spectral component S [i] considered at this step is written, i is the integer parameter of the cycle (0≤i≤M / 2), k - the integer number of the subband under consideration (0≤k≤K). In addition to variables, the program uses the constant value findLevel, equal to the signal level necessary for detection.
Работает программа следующим образом. Первый блок В1 программы - ее начало - старт. Во втором блоке В2 программы производится инициализация внутренних переменных программы: параметру i присваивается значение 0 (i=0); номеру рассматриваемого поддиапазона k присваивается значение 0 (k=0); переменной noSignal присваивается значение ИСТИНА (сигнал не обнаружен). В третьем блоке В3 программы с i-го выхода БДПФ 19 считывается значение i-й спектральной составляющей спектра. В четвертом блоке В4 программы считанное в предыдущем блоке В3 программы значение сравнивается с константным значением findLevel. Если оно больше чем findLevel (сигнал выше уровня обнаружителя), то программа переходит на блок В5, в противном случае - на блок В6. В пятом блоке В5 выполняется проверка условия: не является ли сигнал уже обнаруженным на одном из предыдущих шагов (noSignal=ИCTИHA). Если сигнал еще не был обнаружен (noSignal=ИCTИHA), то выполняется переход на блок В7, в противном случае (сигнал уже был обнаружен) - на блок В12, В блоке В7 переменной noSignal присваивается значение ЛОЖЬ, что означает, что сигнал обнаружен на данном шаге. С блока В7 программа переходит на блок В8. В блоке В8 производится вывод результата обнаружения начальной спектральной составляющей данного частотного поддиапазона - запись номера Iнач спектральной составляющей, соответствующей начальной частоте данного частотного поддиапазона, и равной номеру текущей спектральной составляющей i, в ЗУЧП 21. С блока В8 программа переходит на блок В12. В блоке В6 проверяется, был ли уже обнаружен сигнал на одном из предыдущих шагов (noSignal=ЛОЖЬ). Если сигнал уже был обнаружен (noSignal= ЛОЖЬ, то выполняется переход на блок В9, в противном случае - на блок В12. В блоке В9 переменной noSignal присваивается значение ИСТИНА, что говорит о том, что данная спектральная составляющая является конечной спектральной составляющей данного частотного поддиапазона.The program works as follows. The first block B1 of the program - its beginning - start. In the second block B2 of the program, the internal variables of the program are initialized: the parameter i is assigned the value 0 (i = 0); the number of the subband k under consideration is assigned the value 0 (k = 0); the noSignal variable is set to TRUE (no signal detected). In the third block In 3 programs from the i-th output of the
Из блока В9 программа переходит на блок В10. В блоке В10 производится вывод результата обнаружения конечной спектральной составляющей данного частотного поддиапазона - запись номера Iкон спектральной составляющей, соответствующей конечной частоте данного частотного поддиапазона, и равной номеру текущей спектральной составляющей i, в ЗУЧП 21. С блока В10 программа переходит на блок В11, в котором производится увеличение номера рассматриваемого поддиапазона k. С блока ВЦ программа переходит на блок В12. В блоке В12 производится проверка условия: меньше ли текущий номер i спектральной составляющей, чем М/2. Если условие выполняется (i<M/2), то выполняется переход на блок В13, где производится наращивание текущего номера спектральной составляющей i на единицу. С выхода блока В13 программа переходит на блок В3 - на следующий шаг. Если условие в блоке В12 не выполняется (i≥M/2), то выполняется непосредственный переход на начало программы, что означает окончание обнаружения сигналов в данном спектре.From block B9, the program proceeds to block B10. In block B10 is performed final detection result output spectral component of the frequency subband - numbers I con record spectral component corresponding to the final frequency of the frequency subband, and an equal number of the current spectral component i, at
Реализация устройств на основе микропроцессоров приведена в ряде научно-технических источников информации, например в [Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехнки: В 2-х т. Т.2. Пер. с англ. - Изд. 3-е стереотип. - М.: Мир, 1986. - 590 с.]. The implementation of devices based on microprocessors is given in a number of scientific and technical sources of information, for example, in [Horowitz P., Hill W. Art of circuitry: In 2 vols. T.2. Per. from English - Ed. 3rd stereotype. - M .: Mir, 1986. - 590 p.].
Результатами выполнения программы являются номера Iнач и Iкон спектральных составляющих, соответствующих начальной и конечной частоте каждого частотного поддиапазона, которые сохраняются в ЗУЧП 21 (фиг.4). Объем памяти ЗУЧП 21 равен М/2 (он складывается из M/4 значений Iнач и М/4 значений Iкон).The results of the program are the numbers I and I nach con spectral components corresponding to the initial and final frequency of each frequency subband that is stored in ZUCHP 21 (Figure 4). The amount of
ЦМ 23 под управлением команд БУ 22 выдает на выход цифровое значение, равное цифровому значению на одном из М/2 его входов данных. Управляющие команды БУ 22 таковы, что с входов на выход ЦМ 23 последовательно выдаются значения, равные амплитудам спектральных составляющих k-го поддиапазона частот, причем 1≤k≤К. The CM 23 under the control of the
Амплитуды спектральных составляющих k-го поддиапазона частот с выхода ЦМ 23 последовательно во времени поступают на ВККС 24, где под управлением команд с БУ 22 производится операция возведения в квадрат их значений. ВККС 24 является обычным цифровым умножителем, на оба входа которого подается одно и то же значение. The amplitudes of the spectral components of the kth frequency subrange from the output of the CM 23 are sequentially delivered in time to the VKKS 24, where, under the control of the commands from the
Квадраты спектральных составляющих с выхода ВККС 24 под управлением команд БУ 22 последовательно во времени запоминаются в ЗУККС 25, в количестве РS, равном числу спектральных составляющих в рассматриваемом k-м поддиапазоне частот. Так как в соответствии с вышеприведенным выражением максимальное число спектральных составляющих в поддиапазоне равно M/2, то объем памяти ЗУККС 25 равен М/2 ячеек, размер которых равен числу разрядов цифрового сигнала. В случае, если PS<М/2, в оставшиеся незаполненными ячейки ЗУККС 25 записаны нулевые значения.The squares of the spectral components from the output of VKKS 24 under the control of the
После накопления в ЗУККС 25 РS значений квадратов спектральных составляющих рассматриваемого k-го поддиапазона частот, эти значения поступают на СККС 26, где производится их суммирование под управлением команд БУ 22. СККС 26 является обычным цифровым сумматором.After the values of the squares of the spectral components of the considered k-th subband of frequencies are accumulated in ZUKKS 25 Р S , these values are sent to SKKS 26, where they are summed under the control of
Сумма квадратов спектральных составляющих с выхода СККС 26 поступает на вычислитель квадратного корня ВКК 27, на выходе которого формируется цифровое значение, прямо пропорциональное амплитуде сигнала, действующего в рассматриваемом k-м поддиапазоне частот. The sum of the squares of the spectral components from the output of SCKS 26 goes to the square root calculator VKK 27, at the output of which a digital value is generated that is directly proportional to the amplitude of the signal operating in the considered kth subband.
В качестве ЗУВВ 18 и ЗУККС 25 могут быть использованы как оперативное запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ), так и набор регистров сдвига с возможностью параллельной загрузки и считывания. При использовании регистров сдвига их длина должна быть равна М/2, а число таких регистров должно быть равно числу разрядов цифрового сигнала. As the RAM 18 and ZUKS 25 can be used as random access memory (random access memory), and a set of shift registers with the possibility of parallel loading and reading. When using shift registers, their length should be equal to M / 2, and the number of such registers should be equal to the number of bits of the digital signal.
Функциональная схема варианта реализации ВКАПС 7 пеленгатора (фиг.6) при помощи специализированного цифрового вычислителя включает цифровые умножители 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, цифровые устройства изменения знака числа 36, 37, 38, цифровые сумматоры 39, 40, 41, 42, цифровое устройство вычисления частного от деления двух чисел 43, функциональные преобразователи 44, 45, 46, 47, 48, выполняющие следующие функции соответственно: определение знака числа (44), вычисление тригонометрического арккосинуса (45), взвешивания числа знаком (46), вычисление тригонометрического синуса (47), вычисление тригонометрического косинуса (48). При этом первый вход ВКАПС подключен к обоим входам умножителя 31, а второй - к обоим входам умножителя 32, реализуя таким образом возведение в квадрат соответствующих значений. Кроме этого, первый и второй входы ВКАПС 7 подключены к двум входам умножителя 28, осуществляющего их перемножение. Второй вход ВКАПС 7 подсоединен к обоим входам умножителя 29, а третий вход - соответственно к обоим входам умножителя 30, реализуя возведение в квадрат соответствующих значений. Выход умножителя 28 подключен к одному из входов умножителя 33, на второй вход которого подается константное значение, равное числу 2 в выбранном коде, кроме этого выход умножителя 28 подсоединен к одному из входов умножителя 34 и, аналогично, к одному из входов умножителя 35. Выход умножителя 29 подсоединен к входу устройства изменения знака числа 36, а выход умножителя 30 - к входу устройства изменения знака числа 37. Functional diagram of an embodiment of the VKAPS 7 direction finder (Fig. 6) using a specialized digital computer includes
Выходы умножителей 31 и 32 подключены к входам двухвходового сумматора 39. Выход устройства изменения знака числа 36 совместно с выходом сумматора 39 соответственно подсоединены к двум входам сумматора 40, а выход устройства изменения знака числа 37 совместно с выходом сумматора 39 подсоединены к входам сумматора 41. Выход сумматора 40 подключен к входу делимого устройства вычисления частного от деления двух чисел 43. На вход делителя устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 подключен выход умножителя 33. Выход устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 подсоединен к входу функционального преобразователя 45, выход которого подсоединен к входу устройства изменения знака 38, выход которого подсоединен к одному из входов сумматора 42, на другой вход которого подается константное значение, равное +π в выбранном коде. Выход сумматора 41 подсоединен к входу функционального преобразователя 44 определения знака числа, выход которого подсоединен к входу знака функционального преобразователя 46 взвешивания числа знаком. The outputs of the
Выход сумматора 42 подсоединен на вход числа функционального преобразователя 46 взвешивания числа знаком. Выход функционального преобразователя 46 подсоединен к входам функциональных преобразователей 47 синуса и 48 косинуса, которые своими выходами подсоединены соответственно к второму из входов умножителя 34 и соответственно к второму из входов умножителя 35. Выходы умножителей 34 и 35 являются выходами ВКАПС 7, соответственно реальной и мнимой частей комплексной амплитуды пары сигналов. Кроме того, синхровходы умножителей 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, а также устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 подсоединены к управляющему входу (синхровходу) ВКАПС 7. The output of the
ВКАПС 7 работает следующим образом. В умножителе 28 производится перемножение значений на первом и втором входах ВКАПС 7. Умножители 31 и 32 возводят в квадрат значения на первом и втором входах ВКАПС 7, а устройства изменения знака 36 и 37 изменяют знак полученных в умножителях 29 и 30 квадратов на противоположный. Умножители 29 и 30 возводят в квадрат значения на третьем и четвертом входах ВКАПС 7. Умножитель 33 удваивает полученное в умножителе 28 значение, В сумматоре 39 суммируются квадраты значений на первом и втором входах ВКАПС 7, полученные в умножителях 31 и 32. В сумматоре 40 к сумме квадратов значений на первом и втором входах ВКАПС 7, полученной на выходе сумматора 39, прибавляется квадрат значения на третьем входе ВКАПС 7, взятый с отрицательным знаком (с выхода устройства изменения знака числа 36). VKAPS 7 works as follows. In the
Аналогичным образом в сумматоре 41 к сумме квадратов значений на первом и втором входах ВКАПС 7, полученной на выходе сумматора 39, прибавляется квадрат значения на четвертом входе ВКАПС 7, взятый с отрицательным знаком (с выхода устройства изменения знака числа 36). В устройстве вычисления частного от деления двух чисел 43 производится вычисление частного от деления значения на выходе сумматора 40, на значение на выходе умножителя 33. Полученное на выходе устройства вычисления частного от деления двух чисел 43 значение подвергается функциональному преобразованию вычисления тригонометрического арккосинуса в преобразователе 45. Полученное значение арккосинуса подвергается замене знака на противоположный в устройстве изменения знака 38. Полученное значение складывается с константным значением, равным числу +π в сумматоре 42. В функциональном преобразователе 44 определения знака числа, выделяется знак числа на выходе сумматора 41. В функциональном преобразователе 46 взвешивания числа знаком производится передача значения с его верхнего входа на выход с изменением знакового разряда на противоположный в случае, если на его нижний вход подается значение, соответствующее отрицательному знаку; в противном случае передача на выход значения с верхнего входа функционального преобразователя 46 производится без изменения знакового разряда. Значение с выхода функционального преобразователя 46 подвергается функциональным преобразованиям: взятию тригонометрического синуса и тригонометрического косинуса в функциональных преобразователях 47 и 48 соответственно. Полученные на их выходах значения домножаются в умножителях соответственно 34 и 35 на произведение сигналов на первом и втором входах ВКАПС 7, которое получено на выходе умножителя 28. Таким образом, на выходе умножителей 34 и 35 получают значения реальной и мнимой части комплексной амплитуды соответствующей пары сигналов. Similarly, in the
Все устройства, входящие в схему ВКАПС 7 являются типовыми цифровыми устройствами, известными из уровня техники и описанными в различных научно-технических источниках. Например, реализация умножителей и сумматоров описана в [Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 528 с.], устройства замены знака - обыкновенные инверторы знакового разряда, описанные например в [Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехнки: В 2-х т. Т.2. Пер. с англ. - Изд. 3-е стереотип. - М.: Мир, 1986. - 590 с.], функциональные преобразователи 45, 44, 48, связанные с взятием тригонометрических функций, могут быть реализованы, например, на основе постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). All devices included in the VKAPS 7 scheme are typical digital devices known from the prior art and described in various scientific and technical sources. For example, the implementation of multipliers and adders is described in [Ugryumov EP Digital circuitry. - SPb .: BHV-Petersburg, 2001. - 528 p.], Sign replacement devices - ordinary sign inverters, described for example in [Horowitz P., Hill W. Art of circuitry: In 2 vols. T.2. Per. from English - Ed. 3rd stereotype. - M .: Mir, 1986. - 590 pp.],
Таким образом, распределение фаз радиосигналов, принимаемых элементами антенной решетки, необходимое для формирования двумерных угловых спектров, по которым производится определение азимутов и углов места радиосигналов, в заявленном изобретении осуществляется путем последовательного во времени измерения амплитуд сигналов, принятых антенными элементами, и измерений амплитуд указанных комбинаций сигналов на основе приема и преобразования сигналов одноканальным приемником. Кроме повышения точности пеленгования за счет исключения погрешностей пеленгования, связанных с нестабильностью синхронного приема радиосигналов, предложенное изобретение позволяет повысить надежность пеленгования, упростить конструкцию, уменьшить массогабаритные характеристики и энергопотребление пеленгатора за счет упрощения структуры приемника. Thus, the phase distribution of the radio signals received by the elements of the antenna array, necessary for the formation of two-dimensional angular spectra from which the azimuths and elevation angles of the radio signals are determined, in the claimed invention is carried out by measuring the amplitudes of the signals received by the antenna elements sequentially in time and measuring the amplitudes of these combinations signals based on the reception and conversion of signals by a single-channel receiver. In addition to improving the accuracy of direction-finding by eliminating direction-finding errors associated with the instability of synchronous reception of radio signals, the proposed invention improves the reliability of direction-finding, simplify the design, reduce weight and size characteristics and power consumption of the direction finder by simplifying the structure of the receiver.
Наиболее успешно заявленные способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор могут быть использованы в радиотехнике при поиске и определении местоположения несанкционированных источников радиоизлучения, в радиоконтроле аналоговых и цифровых систем связи при работе в составе мобильных систем определения местоположения, к которым предъявляются жесткие ограничения на массогабаритные характеристики и энергопотребление. The most successfully claimed method of direction finding of radio signals and direction finder can be used in radio engineering when searching and determining the location of unauthorized sources of radio emission, in radio monitoring of analog and digital communication systems when working as part of mobile positioning systems, which are subject to severe restrictions on weight and size characteristics and power consumption.
Claims (4)
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что антенный элемент пары, выбранный в качестве опорного, выбран также опорным для различных пар антенных элементов антенной решетки.1. The method of direction finding of radio signals, including the reception of radio signals by an antenna array consisting of N antenna elements made identical in an amount of at least three and located in the direction-finding plane, measuring in each frequency subband the complex amplitudes of the signal pairs for a pair of antenna elements characterizing the phases of each radio signal, received in the corresponding frequency subband by one of the antenna elements of the pair selected as a signal relative to the phase of the radio signal received in the same the frequency subband to the other of the antenna elements of the pair selected as the reference, the formation of two-dimensional angular spectra of each received in the corresponding frequency subband radio signal from the measured complex amplitudes of the pairs of signals for different pairs of antenna elements of the antenna array according to the relative position of these antenna elements in the direction-finding plane, by which they judge azimuths and elevation angles of received radio signals, characterized in that the measurement in each frequency subband is complex x amplitudes of pairs of signals for the pair of antenna elements is performed by measuring the amplitude B 1 of the signal for one of the antenna elements couple selected as a signal, the amplitude measurement B 2 signal to the other of the antenna elements couple selected as reference amplitude calculating IN 3 signal, which is the sum of the signals for both antenna elements of the pair, calculating the amplitude of the B 4 signal, which is the sum of the signals for both antenna elements of the pair when the phase delay of the signal for the other of the antenna elements of the pair is selected m as a reference, 90 o , and calculations for various pairs of antenna elements of the antenna array of complex amplitudes pairs of signals in accordance with the expression:
2. The method according to p. 1, characterized in that the antenna element of the pair selected as the reference is also selected as the reference for various pairs of antenna elements of the antenna array.
где B1, В2, В3 и В4 - значения амплитуд сигналов, поступающих на его первый, второй, третий и четвертый входы соответственно.4. A direction finder containing an antenna array made of N antenna elements in an amount of at least three, made identical and located in the direction-finding plane, an antenna switch made with N inputs and with two outputs - reference and signal with the possibility of serial connection in time in a single the time interval of any pair of inputs, respectively, to the reference and signal outputs, and the outputs of the antenna elements are connected to the corresponding inputs of the antenna switch, receiver, amp itud signals, a bearing calculator, connected in series, and a clock generator, the output of which is connected to the control inputs of the antenna switch and the unit for determining the amplitude of the signals and which is configured to issue commands to the control input of the antenna switch for sequential connection in time in a single time interval of any pair inputs respectively to the reference and signal outputs, characterized in that the receiver and the unit for determining the amplitudes of the signals are made single-channel, input We have a unit for generating measuring signals, the reference, signal and control inputs of which are connected respectively to the reference and signal outputs of the antenna switch, the output of the clock generator, and the output is to the input of the receiver, a signal amplitude storage device, the input of which is connected to the output of the signal amplitude determination unit, the calculator complex amplitudes of pairs of signals, four inputs and a pair of outputs of which are connected respectively to four outputs, a storage device for amplitudes of signals and pairs e inputs of the bearing calculator, while the signal amplitude determination unit is provided with a control output connected to the control inputs of the signal amplitude storage device, the complex signal amplitude calculator, the bearing calculator, the measurement signal generation unit is arranged to be sequential in the first, second, third and fourth intervals the said single period of time of formation at its output, respectively, of the first signal from its reference input, the second signal from its signal input, the third signal equal to the sum of the signals from the reference input and the signal input, and the fourth signal equal to the sum of the signal from the signal input and the signal from the reference input, the phase of which is delayed by 90 o , the clock generator is configured to issue commands to the control input of the formation unit measuring signals for generating the indicated first, second, third and fourth signals at said intervals of a single time interval and generating at the first, second, third and fourth outputs of the memory the structure of the amplitude values of B 1 , B 2 , 3 and B 4 of these signals, and the complex amplitude computer calculator of the signal pairs is configured to calculate the complex amplitude for each pair of signals in accordance with the expression
where B 1 , B 2 , B 3 and B 4 are the amplitudes of the signals arriving at its first, second, third and fourth inputs, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002117058A RU2201599C1 (en) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002117058A RU2201599C1 (en) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2201599C1 true RU2201599C1 (en) | 2003-03-27 |
Family
ID=20255822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002117058A RU2201599C1 (en) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2201599C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458360C1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" | Method and device to detect coordinates of radio-frequency emission source |
WO2012154079A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э.Баумана" (Мгту Им. Н.Э.Баумана) | Method for determining the bearings and amplitude of a signal from a source of radio waves using a direction finder with unsynchronized channels |
RU2530320C2 (en) * | 2013-01-22 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Formation method of virtual signal receiving channels |
RU172722U1 (en) * | 2017-03-28 | 2017-07-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | A device for correcting the amplitude-phase distribution of a disclosed annular antenna array |
RU2681203C1 (en) * | 2018-03-14 | 2019-03-05 | Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" | Phase direction finding method and phase direction finder |
RU2811893C1 (en) * | 2023-05-24 | 2024-01-18 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Broadband direction finder |
-
2002
- 2002-06-27 RU RU2002117058A patent/RU2201599C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458360C1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" | Method and device to detect coordinates of radio-frequency emission source |
WO2012154079A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э.Баумана" (Мгту Им. Н.Э.Баумана) | Method for determining the bearings and amplitude of a signal from a source of radio waves using a direction finder with unsynchronized channels |
RU2530320C2 (en) * | 2013-01-22 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Formation method of virtual signal receiving channels |
RU172722U1 (en) * | 2017-03-28 | 2017-07-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | A device for correcting the amplitude-phase distribution of a disclosed annular antenna array |
RU2681203C1 (en) * | 2018-03-14 | 2019-03-05 | Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" | Phase direction finding method and phase direction finder |
RU2811893C1 (en) * | 2023-05-24 | 2024-01-18 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Broadband direction finder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
USRE49619E1 (en) | Radar device | |
US20240012096A1 (en) | Radar device | |
CN111044971B (en) | Two-dimensional interferometer direction finding system | |
JP6755121B2 (en) | Radar device | |
US10613195B2 (en) | Radar apparatus and radar method | |
US5477230A (en) | AOA application of digital channelized IFM receiver | |
US20160282450A1 (en) | Radar device | |
CN108414966B (en) | Broadband linear frequency modulation signal direction finding system and method based on time modulation | |
RU2495447C2 (en) | Beam forming method | |
CN107219496B (en) | A kind of improved correlation interferometer phase detecting method | |
RU2423719C1 (en) | Method for adaptive measurement of spatial parameters of radio-frequency radiation sources and device for realising said method | |
CN101105525A (en) | Pure phase type broad frequency band microwave radiation source direction finding system and method | |
RU2477551C1 (en) | Method for multichannel adaptive reception of radio signals and apparatus for realising said method | |
RU2596018C1 (en) | Method for amplitude direction finding of radio signal sources | |
CN103323832A (en) | Amplitude-phase error correction method for phased array three-dimensional camera shooting sonar system energy converter array | |
RU2201599C1 (en) | Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization | |
RU2144200C1 (en) | Process of direction finding of radio signals and multichannel direction finder | |
CN114487991A (en) | Single radio frequency channel correlation interferometer direction finding method and system | |
CN113960523A (en) | Universal ultra-wideband correction direction-finding method and system based on FPGA | |
RU2713503C1 (en) | Method of angular superresolution in receiving digital antenna arrays | |
RU2184980C1 (en) | Procedure measuring intensity of electromagnetic field of radio signals and device for its implementation | |
Boiko et al. | Design Concepts for Mobile Computing Direction Finding Systems | |
RU2505832C2 (en) | Method for radio signal direction finding and direction finder for realising said method | |
US4604626A (en) | Acquisition system employing circular array | |
RU2341811C1 (en) | Method of finding direction of radio signals and direction finder to this end |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190628 |