RU2449472C1

RU2449472C1 - Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство

Info

Publication number: RU2449472C1
Application number: RU2011112630/08A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Божьев (RU); Александр Николаевич Божьев; Анатолий Алексеевич Мельников (RU); Анатолий Алексеевич Мельников; Анатолий Николаевич Наукович (RU); Анатолий Николаевич Наукович; Павел Леонидович Смирнов (RU); Павел Леонидович Смирнов; Александр Александрович Соломатин (RU); Александр Александрович Соломатин; Алексей Васильевич Терентьев (RU); Алексей Васильевич Терентьев; Александр Михайлович Шепилов (RU); Александр Михайлович Шепилов
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-04-27

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к адаптивным антенным системам. Достигаемый технический результат - повышение качества одновременного приема сигналов всех источников радиоизлучений с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, работающих на общих частотах, за счет увеличения вероятности правильной селекции входного потока сигналов путем учета их пространственных параметров. Устройство содержит блок взвешенного сложения 1, антенную решетку 2, блок формирования весовых коэффициентов 3, блок оценки пространственных параметров 4 с входной установочной шиной 5, блок частотно-временной обработки 6. Устройство реализует алгоритм пространственной обработки сигналов, обеспечивающий формирование диаграммы направленности с М максимумами, направленными на корреспондентов, и минимумами, ориентированными в направлении источников помех. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к адаптивным антенным системам (ААС), и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации, функционирующих в сложной сигнально-помеховой обстановке.

Известны различные типы ААС: с управлением вперед, с использованием корреляционных обратных связей, модуляционного типа и др. Адаптивные антенные системы модуляционного типа, обладающие рядом преимуществ, содержат антенную решетку, блок взвешенного сложения (БВС), блок формирования весовых коэффициентов (БФВК) и блок частотно-временной обработки (БЧВО) (см. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986, с.448). Эти системы обеспечивают формирование двух напряжений, пропорциональных уровням сигнала и помехи. Недостатком данных устройств является их недостаточное быстродействие при использовании сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Известно многоканальное адаптивное радиоприемное устройство (см. Пат. РФ №2107394, МПК H04B 7/02, H01Q 21/00, опубл. 20.03.1998 г.). Оно содержит блок частотно-временной обработки, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения, а группа информационных выходов является выходной шиной многоканально адаптивного радиоприемного устройства, антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, блок формирования весовых коэффициентов, первая группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки, блок фиксации весовых коэффициентов, группа адресных входов которого соединена с адресной группой выходов блока частотно-временной обработки, первая группа информационных входов соединена со второй группой информационных выходов блока формирования весовых коэффициентов, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока фиксирования весовых коэффициентов, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока фиксации весовых коэффициентов.

Аналог обеспечивает высокое быстродействие алгоритма адаптации, что в конечном счете позволяет осуществить прием сигналов ИРИ с ППРЧ. Последнее стало возможным благодаря учету априорной информации о сигнально-помеховой обстановке на используемых частотах в предшествующие моменты времени. При этом оно представляет собой ААС, реализующую минимаксный алгоритм пространственной обработки сигналов. Устройство обеспечивает формирование диаграммы направленности, максимум которой отслеживает направление на корреспондента, а минимумы ориентированы в направлении источников помех. Следовательно, использование данных о сигнально-помеховой обстановке позволяет в устройстве-прототипе увеличивать соотношение η сигнал/помеха + шум) на его выходе.

Однако устройству-аналогу присущ недостаток, связанный с неэффективным использованием каналов приема. При наличии К каналов приема (по числу частот, используемых ИРИ с ППРЧ) устройство обеспечивает прием сигналов только одного ИРИ. Кроме того, качество приема сигналов ИРИ с ППРЧ и работоспособность устройства зависят от:

способа организации связи в районе (от использования ортогонального или неортогонального режимов ППРЧ);

загрузки общей полосы рабочих частот (количества ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах) и др. При использовании ортогонального режима ППРЧ аналог теряет свою работоспособность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многоканальное адаптивное радиоприемное устройство, содержащее блок взвешенного сложения, блок частотно-временной обработки, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения, а группа информационных выходов является выходной шиной многоканально адаптивного радиоприемного устройства, антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, блок формирования весовых коэффициентов, первая группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки.

Устройство-прототип обеспечивает прием сигналов всех радиостанций с ППРЧ, использующих общие частоты. Для селекции сигналов различных источников радиоизлучений (ИРИ) в нем используется информация о фазе цикловой синхронизации различных радиосредств (см. Никитченко В.В., Смирнов П.Л. Комбинированные методы помехозащиты (использование адаптивных антенных систем и сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты). - Зарубежная радиоэлектроника, 1988, №5, с.24-31).

Однако устройство-прототип имеет относительно низкое качество приема сигналов ИРИ, работающих в режиме ППРЧ. Здесь под качеством приема понимается степень безошибочной селекции (собирания) сигналов источника, передаваемых на различных частотах, из их совокупности. В свою очередь вероятность правильной селекции существенно зависит от:

загрузки общей полосы рабочих частот (количества ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах);

особенностей распространения радиоволн в районе развертывания (наличие пересеченного или горного рельефа местности, городской застройки и т.п., приводящих к многолучевости распространения радиоволн).

Названные причины приводят к ошибкам селекции сигналов ИРИ с ППРЧ, а следовательно, и к снижению качества приема сигналов η. В ряде случаев для уменьшения внутрисистемных помех используются системы связи с ППРЧ, в которых обеспечивается общая синхронизация радиосетей (ортогональный режим работы), работающих на общих частотах (см. Никитченко В.В., Смирнов П.Л. Оценка пространственно-поляризационных параметров сигналов и помех при приеме излучений с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. - Радиотехника и электроника, 1990, т.35, №4, с.767-774; Клименко Н.Н. Радиостанции УКВ диапазона: состояние, перспективы развития, особенности применения режима скачкообразного изменения частоты. - Зарубежная электроника, №8, 1990, с.20-32). В этих условиях прототип теряет свою работоспособность. Это объясняется тем, что используемый для селекции параметр (фаза цикловой синхронизации) становится неинформативным.

Целью заявляемого технического решения является разработка устройства, обеспечивающего повышение качества одновременного приема сигналов всех ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах, за счет увеличения вероятности правильной селекции входного потока сигналов путем учета их пространственных параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное адаптивное радиоприемное устройство, содержащее блок взвешенного сложения, блок частотно-временной обработки, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения, а группа информационных выходов является выходной шиной устройства, антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, блок формирования весовых коэффициентов, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки, дополнительно введен блок оценки пространственных параметров, первая группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, группа адресных выходов соединена с группой адресных входов блока частотно-временной обработки, а вторая группа информационных входов является входной установочной шиной устройства, причем блок частотно-временной обработки выполнен содержащим М сигнальных сумматоров, выходы которых являются группой информационных выходов блока, сумматор полезной составляющей сигнала, выход которого является выходом полезной составляющей сигнала блока, сумматор помеховой составляющей сигнала, выход которого является выходом помеховой составляющей сигнала блока, первый преобразователь кода, группа информационных входов которого является группой адресных входов блока, и К приемных каналов, информационные входы которых объединены и являются информационным входом блока, М сигнальных выходов каждого из приемных каналов соединены с соответствующими входами М сигнальных сумматоров, выходы полезной составляющей К приемных каналов соединены с соответствующими входами сумматора полезной составляющей сигнала, выходы помеховой составляющей К приемных каналов соединены с соответствующими входами сумматора помеховой составляющей сигнала, группы адресных входов К приемных каналов поразрядно объединены и соединены с группой выходов первого преобразователя кода, при этом каждый приемный канал содержит последовательно подключенные полосовой фильтр, элемент задержки, ключ и первый коммутатор, М выходов которого являются М информационными выходами приемного канала, а вход полосового фильтра является информационным входом приемного канала, второй коммутатор, последовательно соединенные амплитудный детектор, пороговое устройство, формирователь импульсов, переключатель и RS-триггер, выход которого соединен с входами управления ключа и второго коммутатора, первый и второй выходы которого являются выходами соответственно полезной и помеховой составляющих сигнала канала приема, информационный вход второго коммутатора соединен с выходом амплитудного детектора, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, ждущий мультивибратор, второй преобразователь кода, группа адресных входов которого объединена с группой адресных входов первого коммутатора и является адресной группой входов канала приема, а выход соединен со вторым входом RS-триггера и входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен со вторым входом переключателя.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того что вводятся новые блоки и связи позволяет достичь цели изобретения: обеспечить повышение качества одновременного приема сигналов всех ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах, за счет увеличения вероятности правильной селекции входного потока сигналов путем учета их пространственных параметров.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 приведена структурная схема многоканального адаптивного радиоприемного устройства;

на фиг.2 иллюстрируется структурная схема блока оценки пространственных параметров;

на фиг.3 иллюстрируется частотно-пеленговая панорама;

на фиг.4 приведена структурная схема блока формирования вектора весовых коэффициентов.

Сущность изобретения заключается в том, что селекцию сигналов ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах, предлагается осуществлять с использованием их пространственных параметров, например по направлению их прихода (пеленгу θ). В настоящее время известны измерители пространственных параметров (см. Пат. РФ №2341811, МПК G01S 3/14, опубл. 20.12.2008; Пат. РФ №2263327, МПК G01S 3/14, опубл. 27.10.2005), позволяющие с достаточно высокой точностью осуществлять измерение θ для различных условий с погрешностью в пределах двух градусов. Поэтому при работе с корреспондентами даже в ограниченном секторе, например 100°, предлагаемое устройство в состоянии осуществить селекцию и одновременный прием (при равномерном рассредоточении корреспондентов по азимуту) до 50 ИРИ. При этом размерность антенной системы N должна составлять не менее 51 антенного элемента. Обеспечение одновременного приема сигналов всех ИРИ с ППРЧ на общих частотах потребовало внесение изменений в БЧВО.

Заявляемое устройство (см. фиг.1) содержит блок взвешенного сложения 1, блок частотно-временной обработки 6, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения 1, а группа информационных выходов является выходной шиной устройства, антенную решетку 2, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения 1, блок формирования весовых коэффициентов 3, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения 1, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки 6.

Для повышения качества одновременного приема сигналов всех ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах, за счет увеличения вероятности правильной селекции входного потока сигналов путем учета их пространственных параметров, дополнительно введен блок оценки пространственных параметров 4, первая группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения 1. Группа адресных выходов блока 4 соединена с группой адресных входов блока частотно-временной обработки 6. Вторая группа информационных входов блока 4 является входной установочной шиной 5 многоканального адаптивного радиоприемного устройства. При этом блок частотно-временной обработки 6 содержит М сигнальных сумматоров 8.1-8.М, выходы которых являются группой информационных выходов блока 6, сумматор полезной составляющей сигнала 9, выход которого является выходом полезной составляющей сигнала блока 6, сумматор помеховой составляющей сигнала 10, выход которого является выходом помеховой составляющей сигнала блока 6. Первый преобразователь кода 11, группа информационных входов которого является группой адресных входов блока 6. Кроме того, блок 6 имеет К приемных каналов 7.1-7.К, информационные входы которых объединены и являются информационным входом блока 6, а М сигнальных выходов каждого из приемных каналов 7.1-7.К соединены с соответствующими входами М сигнальных сумматоров 8.1-8.М. Выходы полезной составляющей сигнала К приемных каналов 7.1-7.К соединены с соответствующими входами сумматора полезной составляющей сигнала 9. Выходы помеховой составляющей сигнала К приемных каналов 7.1-7.К соединены с соответствующими входами сумматора помеховой составляющей сигнала 10. Группы адресных входов К приемных каналов 7.1-7.К поразрядно объединены и соединены с группой выходов первого преобразователя кода 11. При этом каждый приемный канал 7.1-7.К содержит последовательно подключенные полосовой фильтр 12, элемент задержки 13, ключ 14 и первый коммутатор 15, М выходов которого являются информационными выходами каждого приемного канала 7.1-7.К, а вход полосового фильтра 12 является информационным входом каждого приемного канала 7.1-7.К. Второй коммутатор 18, а также последовательно соединенные амплитудный детектор 17, пороговое устройство 21, формирователь импульсов 22, переключатель 19 и RS-триггер 16, выход которого соединен с входами управления ключа 14 и второго коммутатора 18. Первый и второй выходы блока 18 являются выходами полезной и помеховой составляющих сигнала канала приема 7.1-7.К. Информационный вход блока 18 соединен с выходом амплитудного детектора 17, вход которого соединен с выходом полосового фильтра 12. Кроме того, в состав блока 6 входят ждущий мультивибратор 20, второй преобразователь кода 23, группа адресных входов которого объединена с группой адресных входов первого коммутатора 15 и является адресной группой входов канала приема 7.1-7.К. Выход блока 23 соединен со вторым входом RS-триггера 16 и входом ждущего мультивибратора 20, выход которого соединен со вторым входом переключателя 19.

Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство (см. фиг.1) работает следующим образом.

Аддитивная смесь сигналов с ППРЧ, помех и шумов с выхода антенной решетки 2 поступает на входы БВС 1. В блоке 1 осуществляют взвешивание принимаемых сигналов в полосе ΔF и их сложение. Далее они следуют в БЧВО 6. В блоке 6 выполняют расфильтровку принимаемых сигналов по К частотным каналам и их задержку на Δτ. Последняя операция необходима для компенсации временных потерь в блоке 4 на определение в текущий момент времени направлений прихода сигналов ИРИ и номиналов частот, на которых выявлена их работа. По истечении времени Δτ на группе выходов блока 4 появляется информация о параметрах f_i и θ_j М работающих ИРИ с ППРЧ, которая поступает на адресные входы блока 6. Значения f_i и θ_j используют в БЧВО 6 для селекции входного потока сигналов ИРИ с ППРЧ (для сортировки сигналов по корреспондентам). В результате этого на выходной шине блока 6 появляются "собранные" на разных частотах отрезки излучений и рассортированные по М корреспондентам. Кроме того, БЧВО 6 формирует два показателя качества U_c и U_П, которые поступают на соответствующие входы БФВК 3. Эти напряжения используют в блоке 3 для уточнения весовых коэффициентов. В процессе работы заявляемого устройства уточненные значения W(f_i, θ_j) с выхода блока 3 постоянно поступают в блок 1 и участвуют в процессе формирования оптимальной диаграммы направленности АР 2 с учетом текущей информации о сигнально-помеховой обстановке. Таким образом, заявленное устройство формирует такую диаграмму направленности в полосе ППРЧ AF, у которой минимумы соответствуют направлениям на источники помех, а максимумы ориентированы в направлении ИРИ с ППРЧ. В результате достигается многоканальный помехозащищенный прием сигналов М источников с ППРЧ.

Алгоритм работы заявляемого устройства допускает постепенное (плавное) изменение азимутального параметра сигналов ИРИ с ППРЧ (вызванное, например, перемещением последнего). В этом случае уточняется значение пространственного параметра θ_j m-го ИРИ.

Блок частотно-временной обработки 6 (см. фиг.1) реализован в виде К-канального приемного устройства. Приемные каналы 7.1-7.К настраиваются на частотные позиции сигналов с ППРЧ. Априорное знание направлений прихода сигналов ИРИ с ППРЧ θ_j обеспечивает бесподстроечное вхождение в связь с М корреспондентами и формирование показателей качества U_c и U_П. Здесь под априорным знанием значения параметра θ_j может также пониматься регулярность (стабильность) проявления азимутального угла θ_j излучения m-го ИРИ с ППРЧ на разных частотах в течение сеанса связи.

Суммарный сигнал с выхода блока 1 поступает на входы приемных каналов 7.1-7.К БЧВО 6. Пройдя через полосовой фильтр 12, он задерживается на время Δτ в элементе задержки 13. Данная операция необходима для компенсации временных затрат в блоке 4 на измерение параметров f_i и θ_j. Измеренные в момент времени t₁ БОПП 4 значения {f_i, θ_j} поступают на входы первого преобразователя кода 11. В функции блока 11 входит определение номера приемного канала 7.1-7.К (по значению f_i), выход которого будет подключен в соответствии со значением θ_j к соответствующему сигнальному сумматору 8.1-8.М. Кроме того, кодовая комбинация с выходов блока 11 поступает на группу входов второго преобразователя кодов 23 выбранного канала приема 7. В функции блока 23 входит формирование на его выходе (в момент времени t₁) импульса управления, который поступает на второй вход RS-триггера 16, переводя его во второе устойчивое состояние. В результате на его выходе в момент времени t₁ формируется сигнал управления, который открывает ключ 14. Принятый сигнал m-го ИРИ с ППРЧ и задержанный в блоке 13 проходит через блок 14 на вход первого коммутатора 15. В соответствии с кодовой комбинацией, поступившей на его адресные входы с выхода блока 11 (в задачу последнего входит преобразование значения азимутального угла θ_j к виду, необходимому для управления первым коммутатором 15 r канала приема 7.r), осуществляется подключение выхода блока 15 к соответствующему сигнальному сумматору 8.m. При переходе m-го ИРИ на другую рабочую частоту к работе подключается другой канал приема 7, а сигнал с его выхода также поступает на m-ный сигнальный сумматор 8.m в связи с тем, что направление его прихода θ_j остается прежним.

Кроме того, сигнал управления, сформированный на выходе RS-триггера 16 в момент времени t₁, переключает второй коммутатор 18. В результате входной сигнал канала приема 7 детектируют в блоке 17 и далее его огибающая через второй коммутатор 18 поступает на соответствующий вход сумматора 9 полезной составляющей сигнала. В блоке 9 осуществляют суммирование подобных сигналов всех К каналов приема 7, что позволяет формировать сигнальный показатель качества U_c.

В большинстве известных систем с ППРЧ длительность излучений на используемых частотах постоянна и априорно известна. Это позволило использовать ждущий мультивибратор 20 для возвращения RS-триггера 16 в исходное состояние. С помощью импульса, сформированного блоком 23 в момент времени t₁ и поступающего на вход блока 20, в последнем формируют управляющий сигнал, длительность которого совпадает со временем пребывания ИРИ с ППРЧ на частотной позиции. В момент времени t₂ импульсом (соответствующим заднему фронту этого сигнала), прошедшим через переключатель 19, RS-триггер 16 возвращают в исходное состояние. В результате запрещают прохождение сигналов через ключ 14, а второй коммутатор 18 возвращают в исходное состояние. Сигналы, поступающие на вход этого канала приема 7, начинают восприниматься как помеховые. Продетектированные в блоке 17 сигналы (их огибающая) через коммутатор 18 поступают на соответствующий вход сумматора помеховой составляющей сигнала 10. В результате суммирования в блоке 10 подобных сигналов всех каналов приема формируют помеховый показатель качества U_П.

При приеме сигналов ИРИ с ППРЧ типа TH/FH (прыгающее время/прыгающая частота) время окончания его работы на частотной позиции априорно неизвестно. В связи с этим переключатели 19 всех К каналов приема 7 устанавливают во второе положение. Продетектированный сигнал с выхода блока 17 поступает на вход порогового устройства 21. В его задачу входит формирование импульса, передний и задний фронты которого соответствуют началу и концу работы ИРИ на частотной позиции. Названный импульс с выхода блока 21 далее следует на вход формирователя импульсов 22. В задачу последнего входит формирование короткого импульса по заднему фронту сигнала блока 21. Этот импульс через переключатель 19 поступает на первый вход RS-триггера 16, возвращая его в исходное состояние. В этом режиме становится возможным одновременный адаптивный прием сигналов всех ИРИ, работающих также и на фиксированных частотах в заданной полосе ΔF.

На фиг.2 приведена структурная схема блока оценки пространственных параметров 4. Он содержит генератор синхроимпульсов 24, блок формирования эталонных разностей фаз 25, первое запоминающее устройство 26, антенный коммутатор 27, радиоприемное устройство 28, блок аналого-цифрового преобразования 29, блок преобразования Фурье 30, блок вычисления разностей фаз 31, второе запоминающее устройство 32, блок вычитания 33, умножитель 34, сумматор 35, третье запоминающее устройство 36 и блок определения азимута 37. Кроме того, непосредственное участие в измерении пространственных параметров сигналов принимает антенная решетка 2. С помощью блоков 2 и 4 реализуется фазовый интерферометр (см. Пат. РФ №2283505, МПК 7G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25; Пат. РФ №2263328, опубл. 24.05.2004 г. №30).

На подготовительном этапе многоканального адаптивного радиоприемного устройства рассчитывают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) Δφ_l,h(f_i) для средних значений рабочих частот ИРИ с ППРЧ f_i=Δf(2i-1)/2. В качестве ППИП используют значения разностей фаз сигналов Δφ_l,h(f_i) для всех возможных пар комбинаций антенных элементов решетки 2. Значение Δφ_l,h(f_i) определяется минимальной шириной пропускания приемных трактов БОПП 4 и БЧВО 6 и в УВЧ-диапазоне может составлять 25 кГц. Для этого предварительно осуществляют описание пространственных характеристик антенной решетки 2 заявляемого устройства. С этой целью измеряют взаимные расстояния между антенными элементами (АЭ) A_l,h решетки 2 при их размещении на горизонтальной плоскости. В общем случае (Z_l,h≠0) используют расстояния между проекциями пространственного размещения АЭ на горизонтальную плоскость, проходящую через первый элемент. В этом случае для каждого АЭ дополнительно измеряют значения {Z_l,h} как {Z_l,h}={Z₁}-{Z_h}. Результаты измерений по входной установочной шине 5 (см. фиг.1 и 3) поступают на вход блока формирования эталонных значений ППИП 25. Здесь по известному алгоритму (см. Пат. РФ 228505, МПК 7 G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25) вычисляют значения Δφ_l,h,эm(f_i), которые в дальнейшем хранятся в первом запоминающем устройстве 26 (см. фиг.2). Вводится склонение (при необходимости) θ_скл антенной решетки 2 относительно направления на север, например, как угол между векторами, проходящими через первый и второй АЭ и центр решетки в направлении на север.

В процессе работы заявляемого устройства с помощью блоков 2, 27-37 (см. фиг.2) осуществляют поиск и обнаружение сигналов ИРИ с ППРЧ в заданной полосе частот ΔF. Принятые антенной решеткой 2 сигналы на частоте f_i поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 27. В задачу последнего входит обеспечение синхронного подключения в едином промежутке времени любых пар АЭ к опорному и сигнальному выходам. В результате последовательно во времени на оба сигнальных входа двухканального приемника 28 поступают сигналы со всех возможных АЭ решетки 2. При этом все АЭ периодически выступают как в качестве сигнальных, так и в качестве опорных (при условии использования полнодоступного коммутатора 27). Этим достигается максимальный набор статистики о пространственных параметрах электромагнитного поля.

Сигналы, поступившие на входы приемника 28, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты блока 28 сигналы поступают на соответствующие входы двухканального блока аналого-цифрового преобразования (БАЦП) 29, где синхронно преобразуются в цифровую форму. Кроме того, код частоты настройки f_i приемника 28 с его адресного выхода поступает на выход БОПП 4.

Полученные цифровые отсчеты сигналов АЭ A_l и A_h в блоке 29 перемножают на цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на π/2. В результате в блоке 29 формируют четыре последовательности отчетов (квадратурные составляющие сигналов от двух АЭ A_l и A_h). Для реализации необходимой импульсной характеристики цифровых фильтров в блоке 29 выполняют операцию перемножения каждой квадратурной составляющей сигнала на соответствующие отсчеты временного окна. Порядок выполнения этих операций подробно рассмотрен в Пат. РФ №2263328 и Пат. РФ №228505. На завершающем этапе в блоке 29 формируют две комплексные последовательности отсчетов.

Сигналы с выхода БАЦП 29 поступают на соответствующие входы блока преобразования Фурье 30. В результате выполнения в блоке 30 операции в соответствии с выражением

получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов в АЭ A_l и A_h, а следовательно, и их фазовые характеристики. Измерение разности фаз Δφ_l,h(f_i) в парах A_l и A_h предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов в соответствии с выражением:

,

где l, h=1, 2, …, N, l≠h - номер АЭ. На его основе Δφ_l,h(f_i) определяется как

Δφ_l,h(f_i)=arctg(U_c(f_i)/U_s(f_i)).

Эта функция выполняется блоком 31. Измеренное значение Δφ_l,h(f_i) очередным импульсом генератора 24 записывают во второе запоминающее устройство 32. Данная операция выполняется до тех пор, пока не будут записаны в эти блоки значения ППИП для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных ППИП Δφ_l,h,изм(f_i).

Основное назначение блоков 33, 34, 35, 36 и 25, 26 состоит в том, чтобы оценить степень отличия измеренных параметров Δφ_l,h,изм(f_i) от эталонных значений, измеренных для всех направлений прихода сигнала Δθ_j и всех частот Δf_i:

,

где j=1, 2, …, J; JΔθ=360°, i=1, 2, …, I; IΔF=ΔF.

В результате в третьем запоминающем устройстве 36 формируется массив данных H_θ(f_i), на основе которых находится искомый параметр θ_j. Эта операция осуществляется в блоке 37 путем поиска минимальной суммы H_θ(f_i) в массиве данных H_θ(f_i). Результаты измерения θ_j поступают на выход БОПП 4. Следует отметить, что БОПП 4 в состоянии измерять и угол места β прихода радиосигналов. Однако в предлагаемом устройстве для селекции сигналов различных ИРИ с ППРЧ используется лишь значение θ_j как наиболее информативный параметр. Угол места β в большинстве практических случаев близок к нулю и поэтому малоинформативен. Кроме того, точность измерения угла места β, как правило, ниже точности измерения пеленга θ_j в силу реализационных особенностей используемых антенных решеток.

В качестве критерия для принятия решения по селекции сигналов ИРИ с ППРЧ в предлагаемом устройстве выступает свойство примерного равенства параметра θ_j для всех используемых частот и всех составляющих спектра сигнала одного источника (см. фиг.3). При этом допускается разброс значений пеленга θ_j для различных рабочих частот в небольших пределах Δθ=2°-4°, обусловленных погрешностями измерений в силу ряда известных причин. На фиг.3 приведен вариант измерения пространственных параметров сигналов в ортогональной системе связи (ИРИ с ППРЧ одновременно меняют рабочие частоты). Имеющие место шумовые и прочие выбросы при измерениях носят нерегулярный характер и на работоспособность заявляемого устройства влияния не оказывают.

В случае недостаточного быстродействия БОПП 4 может быть выполнен N-канальным (по числу АЭ), например восьми - или шестнадцатиканальным. В этом случае необходимость в антенном коммутаторе 27 отпадает, а элементы 28, 29, 30, 31, 33, 34 и 35 выполняются N-канальными.

Блок формирования вектора весовых коэффициентов 3 (см. фиг.4) осуществляет настройку комплексных весовых умножителей блока 1 с целью повышения отношения сигнал/помеха + шум) на выходах устройства. Данную операцию выполняют на основе управляющей информации о значениях параметров U_C и U_П, поступающих с выходов БЧВО 6. В блоке 3 рассчитывают весовые коэффициенты (в качестве последних выступают N×K - комплексных векторов), по значениям которой БВС 1 осуществляет взвешивание элементов принимаемых сигналов. Реализация блока 3 известна и трудностей не вызывает (см. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986 г.; Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. - М.: Радио и связь, 1983 г.).

Блок 3 (см. фиг.4) содержит N×K трактов формирования весовых коэффициентов 38.1-38.N×K и первый сумматор 43. Каждый тракт 38 содержит второй сумматор 39, интегратор 40, умножитель 42 и генератор пертурбационной последовательности 41.

Генератор 41 вырабатывает случайную последовательность, которая поступает на первый вход умножителя 42. На второй вход блока 42 поступают напряжения U_C и U_П, соответствующие уровням сигналов ИРИ с ППРЧ и помех. Результаты перемножения названных величин поступают на вход интегратора 40. Кроме того, пертурбационная последовательность с выхода генератора 41 поступает на второй вход второго сумматора 39, на первый вход которого подается напряжение с выхода интегратора 40. Данная операция предназначена для определения отклонения текущего значения веса относительно оптимума. В результате выполняется сканирование комплексных весовых коэффициентов относительно среднего значения 〈W〉 на величину ΔW_i,j, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, K. Такое сканирование необходимо для определения градиента ∇W. Таким образом обеспечивают независимое приведение комплексных векторов весовых коэффициентов к оптимуму.

Реализация предлагаемого устройства трудностей не вызывает. Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство использует известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе.

Варианты реализации блока взвешенного сложения 1 широко рассмотрены в литературе (см. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986, с.448; Смирнов П.Л. Методы пространственной обработки радиосигналов (использование адаптивных антенных систем и сигналов с ППРЧ). В кн. Методы пространственной обработки радиосигналов. Учебное пособие под ред. Комаровича В.Ф. - Л.: ВАС, 1989, стр.27-32). БВС1 содержит N×K комплексных весовых умножителей и общий сумматор. Последний может быть выполнен в виде высокочастотных трансформаторов на коаксиальных или микрополосковых линиях в зависимости от диапазона частот (см. Справочник по радиоэлектронным устройствам: в 2-х томах. Т.1 / Бурин Л.И., Васильев В.П., Коганов В.И. и др. - М.: Энергия, 1978).

Варианты реализации антенных элементов решетки 2 широко рассмотрены в литературе (см. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997; Torneri D.J. Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298 p.). В заявляемом устройстве решетка 2 выполняет двойную функцию:

является элементом адаптивной антенной системы (антенной решеткой собственно многоканального адаптивного радиоприемного устройства);

антенной системой для блока определения пространственных параметров 4.

В качестве антенных элементов решетки 2 целесообразно использовать один из широко известных типов: симметричные (несимметричные) вибраторы, объемные вибраторы, дискоконусные антенны, биконические антенные элементы и др. Тип антенных элементов и их габариты определяются заданным частотным диапазоном ΔF, коэффициентом перекрытия, конструктивными особенностями решетки. Количество используемых антенных элементов N и расстояние между ними зависит от максимально возможного количества одновременно работающих ИРИ с ППРЧ, помеховых ИРИ, диапазона рабочих частот ΔF, эффекта взаимного влияния антенных элементов друг на друга, заданной точности измерения пространственных параметров сигналов (точности селекции входного потока сигналов)и др.

Для обеспечения устойчивого помехозащищенного приема сигналов в широком секторе с примерно равными характеристикам целесообразно использование антенной решетки 2 с кольцевым (эллиптическим) размещением антенных элементов (см. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. - М.: Сов. радио, 1964. - 640 с.). Для устранения взаимного влияния между блоками 1 и 4 целесообразно поставить делители, например LVS 2P фирмы LANS (см. http://www.lans.spb.ru).

Реализация блока формирования весовых коэффициентов 3 известна и широко освещена в литературе (см. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986, с.448). Сумматоры 39 и 43, интеграторы 40, умножитель 42 могут быть выполнены с использованием дифференциальных усилителей, реализующих соответствующие операции над сигналами (см. Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. 256 с.).

Реализация блока определения пространственных параметров 4 известна и трудностей не вызывает. Блок 4 в совокупности с антенной решеткой 2 реализует фазовый интерферометр (см. Пат. РФ. 2341811, МПК G01S 3/14, опубл. 20.12.2008 г.; Пат. РФ. 2263327, МПК G01S 3/14, опубл. 27.10.2005 г.). Блоки с 24 по 37 реализуются аналогично соответствующим блокам названных пеленгаторов. Дополнительно из радиоприемного устройства 28 выводится значение частоты его настройки f_i. При реализации блока 28 на приемниках IC-RS500 фирмы ICOM с разъема "REMOTE" одного из них, расположенном на задней панели, в формате CI-V снимается кодовая комбинация о частоте его настройки (см. Связной широкодиапазонный сканирующий приемник ICOM IC-R8500. Инструкция по эксплуатации / Фирма "Сайком" - официальный авторизированный дилер ICOM Inc. - M.:; тел./факс. (495)332-1115, 124-4194, стр.15).

Блок частотно-временной обработки 6 содержит известные элементы, которые широко освещены в литературе. Блоки 8.1-8.М, 9, 10, 12-18, 21 и 22 реализуются аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа на элементарной элементной базе. Преобразователи кода 11 и 23 могут быть реализованы на элементарной логике ТТЛ-серии микросхем (см. Справочник по интегральным микросхемам / Б.В.Тарабрин и др.; Под ред. Б.В.Тарабрина, 2-е изд. перераб. доп. - М.: Энергия, 1980. - 816 с.). Особенность исполнения блока 20 состоит в том, что он представляет собой последовательно подключенные ждущий мультивибратор и дифференцирующую цепь. Последняя обеспечивает формирование короткого импульса по заднему фронту сигнала ждущего мультивибратора.

Блоки 1, 3 и аналоговые элементы блока 6 могут быть реализованы в цифровом виде на основе специализированных модулей цифровой обработки сигналов (субмодуле цифрового приема ADMDDC8 WBL, установленном на базовом модуле AMBPCI (см. "Инструментальные системы" www.insys.ru. Тел. (495)781-27-50, факс (495)781-27-51)).

Claims

Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство, содержащее блок взвешенного сложения, блок частотно-временной обработки, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения, а группа информационных выходов является выходной шиной устройства, антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, блок формирования весовых коэффициентов, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки, отличающееся тем, что дополнительно введен блок оценки пространственных параметров, первая группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, группа адресных выходов соединена с группой адресных входов блока частотно-временной обработки, а вторая группа информационных входов является входной установочной шиной устройства, причем блок частотно-временной обработки состоит из М сигнальных сумматоров, выходы которых являются группой информационных выходов блока, сумматора полезной составляющей сигнала, выход которого является выходом полезной составляющей сигнала блока, сумматора помеховой составляющей сигнала, выход которого является выходом помеховой составляющей сигнала блока, первого преобразователя кода, группа информационных входов которого является группой адресных входов блока, и К приемных каналов, информационные входы которых объединены и являются информационным входом блока, М сигнальных выходов каждого из приемных каналов соединены с соответствующими входами М сигнальных сумматоров, выходы полезной составляющей К приемных каналов соединены с соответствующими входами сумматора полезной составляющей сигнала, выходы помеховой составляющей К приемных каналов соединены с соответствующими входами сумматора помеховой составляющей сигнала, группы адресных входов К приемных каналов поразрядно объединены и соединены с группой выходов первого преобразователя кода, при этом каждый приемный канал содержит последовательно подключенные полосовой фильтр, элемент задержки, ключ и первый коммутатор, М выходов которого являются М информационными выходами приемного канала, а вход полосового фильтра является информационным входом приемного канала, второй коммутатор, последовательно соединенные амплитудный детектор, пороговое устройство, формирователь импульсов, переключатель и RS-триггер, выход которого соединен с входами управления ключа и второго коммутатора, первый и второй выходы которого являются выходами соответственно полезной и помеховой составляющих сигнала канала приема, информационный вход второго коммутатора соединен с выходом амплитудного детектора, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, ждущий мультивибратор, второй преобразователь кода, группа адресных входов которого объединена с группой адресных входов первого коммутатора и является адресной группой входов канала приема, а выход соединен со вторым входом RS-триггера и входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен со вторым входом переключателя.