RU2526536C1 - Amplitude-based radio direction-finder (versions) - Google Patents
Amplitude-based radio direction-finder (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2526536C1 RU2526536C1 RU2013111007/07A RU2013111007A RU2526536C1 RU 2526536 C1 RU2526536 C1 RU 2526536C1 RU 2013111007/07 A RU2013111007/07 A RU 2013111007/07A RU 2013111007 A RU2013111007 A RU 2013111007A RU 2526536 C1 RU2526536 C1 RU 2526536C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- group
- information
- channel
- antenna
- outputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована для определения пространственных параметров радиоизлучений.The group of inventions relates to radio engineering and can be used to determine the spatial parameters of radio emissions.
Известен амплитудный радиопеленгатор (см. Мезин В.К. Автоматические радиопеленгаторы. - М.: Сов. радио, 1969, стр. 184-185), содержащий последовательно соединенные антенную систему (AC), приемное устройство и блок индикации. В зависимости от диапазона частот в качестве AC используют рамочную антенну или AC с узким лучом диаграммы направленности (например, логопериодическую).Known amplitude direction finder (see Mezin VK Automatic direction finders. - M .: Sov. Radio, 1969, p. 184-185), containing a series-connected antenna system (AC), a receiving device and an indication unit. Depending on the frequency range, a frame antenna or AC with a narrow beam pattern (for example, log-periodic) is used as AC.
Недостатком аналога является низкая точность измерения пространственных параметров сигналов источников радиоизлучений (см. Вартанесян В.А. Спортивная радиопеленгация. - М.: ДОСААФ, 1980 г.).The disadvantage of the analogue is the low accuracy of measuring the spatial parameters of the signals of radio emission sources (see V. Vartanesyan, Sport radio direction finding. - M.: DOSAAF, 1980).
Известен амплитудный радиопеленгатор (см. Pat. US 3939477, Fig. 11, 17 Feb. 1976), содержащий антенную систему, четыре сумматора, коммутатор, двухканальное радиоприемное устройство, блок управления и блок индикации. Устройство обеспечивает более высокую точность определения направления на источник радиоизлучения за счет использования большей размерности антенной системы. Недостатком аналога является относительно низкая точность результатов выполняемых измерений.A known amplitude direction finder (see Pat. US 3939477, Fig. 11, 17 Feb. 1976), comprising an antenna system, four adders, a switch, a two-channel radio receiver, a control unit and a display unit. The device provides higher accuracy in determining the direction to the source of radio emission due to the use of a larger dimension of the antenna system. The disadvantage of the analogue is the relatively low accuracy of the results of the measurements.
Наиболее близким по своей сущности к заявляемым устройствам является автоматический секторный радиопеленгатор "Вулленвефер" (см. Вартанесян В.А., Гойхман Э.Ш., Рогаткин М.И. Радиопеленгация. - М.: Сов. радио, 1966, стр. 134-135).The closest in essence to the claimed devices is the automatic sector direction finder "Wullenwefer" (see Vartanesyan VA, Goikhman E.Sh., Rogatkin MI Radio direction finding. - M .: Sov. Radio, 1966, p. 134 -135).
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные антенную систему, антенный коммутатор, двухканальное радиоприемное устройство, вычислитель и блок индикации, блок управления, первый выход которого соединен со входом управления антенного коммутатора, а второй выход - со входом управления вычислителя (см. Гавеля Н.П., Истракшин А.Д., Муравьев Ю.К., Серков В.П./Под ред. Ю.К.Муравьева. Антенны. Ч.1. - Л.: ВАС, 1961, стр. 494-500).The prototype device contains a series-connected antenna system, an antenna switch, a two-channel radio receiver, a computer and an indication unit, a control unit, the first output of which is connected to the control input of the antenna switch, and the second output to the control input of the computer (see N. Havela , Istrakshin A.D., Muravyov Yu.K., Serkov V.P. / Edited by Yu.K. Muravyov, Antennas.
Рабочий сектор прототипа определяют две группы вибраторов AC, выбранные в направлении источника радиоизлучения (ИРИ). При "суммарном" (синфазном) их включении формируют диаграмму направленности (ДН) с одним лепестком. При разносном (противофазном) включении групп вибраторов образуют двухлепестковую ДН. Определение направления прихода сигналов ИРИ осуществляют соответственно по их максимальному или минимальному уровню.The working sector of the prototype is determined by two groups of vibrators AC, selected in the direction of the source of radio emission (IRI). When the "total" (in-phase) of their inclusion form a radiation pattern (MD) with one lobe. With a diverse (antiphase) inclusion of groups of vibrators form a two-leaf DN. The determination of the direction of arrival of the IRI signals is carried out respectively by their maximum or minimum level.
Известны другие варианты реализации прототипа для различных диапазонов частот (см. Rohde&Schwarz&Co. KG http://www.rohde-schwarz.com). Прототип обеспечивает повышение точности измерения пространственных параметров сигналов. Однако положительный эффект достигается благодаря существенному увеличению габаритных размеров и усложнению устройства. Фазирование и переключение антенных элементов (АЭ) осуществляется фазовым коммутатором, содержащим две неоднородные линии задержки. Время задержки сигналов от одного вибратора к другому меняется по синусоидальному закону. Уменьшение количества АЭ и расстояния между ними влечет за собой снижение точностных характеристик.Other embodiments of the prototype are known for various frequency ranges (see Rohde & Schwarz & Co. KG http://www.rohde-schwarz.com). The prototype provides increased accuracy in measuring the spatial parameters of the signals. However, a positive effect is achieved due to a significant increase in overall dimensions and the complexity of the device. Phasing and switching of antenna elements (AE) is carried out by a phase switch containing two inhomogeneous delay lines. The delay time of signals from one vibrator to another varies according to a sinusoidal law. A decrease in the number of AEs and the distance between them entails a decrease in accuracy characteristics.
Другим недостатком прототипа является лишь частичное использование информации об электромагнитном поле оцениваемого сигнала вследствие задействования для этой цели лишь части пространственно разнесенных антенных элементов (например, двенадцати из сорока). Последнее обстоятельство снижает точность измерений (см. Torrieri D.J. Princieples of military communications system. Dedham, Massachusetts. Artech Hause, inc., 1981. - 298 p.).Another disadvantage of the prototype is only a partial use of information about the electromagnetic field of the estimated signal due to the involvement for this purpose of only part of spatially separated antenna elements (for example, twelve out of forty). The latter circumstance reduces the accuracy of measurements (see Torrieri D.J. Princieples of military communications system. Dedham, Massachusetts. Artech Hause, inc., 1981. - 298 p.).
Целью заявляемых технических решений является разработка малогабаритного амплитудного радиопеленгатора при сохранении в значительной степени его высоких точностных характеристик благодаря более полному учету информации о поле сигнала в пространственно-разнесенных точках.The aim of the claimed technical solutions is to develop a small-sized amplitude direction finder while maintaining to a large extent its high accuracy characteristics due to a more complete consideration of information about the signal field at spatially separated points.
Поставленная цель в первом варианте реализации заявляемого устройства достигается тем, что в известном устройстве, содержащем последовательно соединенные антенную систему, антенный коммутатор и двухканальное радиоприемное устройство, первый вычислитель, блок индикации, отличающийся тем, что дополнительно введены двухканальный аналого-цифровой преобразователь, тактовый генератор, последовательно соединенные второй вычислитель, сумматор, блок поиска максимума, дешифратор, третий вычислитель и блок усреднения, группа информационных выходов которого соединена с группой информационных входов блока индикации, группа информационных выходов второго вычислителя соединена со второй группой информационных входов дешифратора, а группа информационных входов - с группой информационных выходов первого вычислителя, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов двухканального аналого-цифрового преобразователя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными выходами двухканального радиоприемного устройства, а выход тактового генератора соединен с тактовыми входами антенного коммутатора и двухканального аналого-цифрового преобразователя, входами синхронизации первого, второго и третьего вычислителей, блока усреднения, сумматора, блока поиска максимума и дешифратора.The goal in the first embodiment of the inventive device is achieved by the fact that in the known device containing a series-connected antenna system, an antenna switch and a two-channel radio receiving device, a first calculator, an indication unit, characterized in that a two-channel analog-to-digital converter, a clock generator are additionally introduced, series-connected second calculator, adder, maximum search unit, decoder, third computer and averaging unit, information group the outputs of which are connected to the group of information inputs of the display unit, the group of information outputs of the second computer is connected to the second group of information inputs of the decoder, and the group of information inputs is connected to the group of information outputs of the first computer, the group of information inputs of which is connected to the group of information outputs of the two-channel analog-to-digital converter, the first and second information inputs of which are connected respectively to the first and second information outputs of two-channel radio receiver, and the output of the clock generator is connected to the clock inputs of the antenna switch and two-channel analog-to-digital converter, synchronization inputs of the first, second and third computers, averaging unit, adder, maximum search unit and decoder.
При этом антенная система выполнена из восьми антенных элементов, равномерно расположенных вокруг цилиндрического рефлектора.In this case, the antenna system is made of eight antenna elements evenly spaced around the cylindrical reflector.
Первый вычислитель определяет нормированные уровни сигналов на выходах антенных элементов Ui, i=2, 3,…, 8, относительно уровня сигнала на выходе первого антенного элемента
Третий вычислитель определяет оценочные значения направления прихода сигнала φ в соответствии с выражениями:The third computer determines the estimated values of the direction of arrival of the signal φ in accordance with the expressions:
где p - номер антенного элемента, выбранного в качестве опорного.where p is the number of the antenna element selected as the reference.
Поставленная цель во втором варианте реализации заявляемого устройства достигается тем, что в известном амплитудном радиопеленгаторе, содержащем антенную систему, радиоприемное устройство, первый вычислитель и блок индикации, отличающемся тем, что дополнительно введены тактовый генератор, восьмиканальный аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные сумматор, блок поиска максимума, дешифратор, второй вычислитель и блок усреднения, группа информационных выходов которого соединена с группой информационных входов блока индикации, а группа информационных входов сумматора соединена с группой информационных выходов первого вычислителя и второй группой информационных входов дешифратора, группа информационных входов восьмиканального аналого-цифрового преобразователя соединена с группой информационных выходов радиоприемного устройства, выполненного восьмиканальным, а группа информационных выходов - с группой информационных входов первого вычислителя, выход тактового генератора соединен с тактовым входом восьмиканального аналого-цифрового преобразователя, входами синхронизации первого и второго вычислителей, блока усреднения, сумматора, блока поиска максимума и дешифратора, а информационные входы радиоприемного устройства соединены с выходами соответствующих антенных элементов антенной системы.The goal in the second embodiment of the inventive device is achieved by the fact that in a known amplitude direction finder containing an antenna system, a radio receiver, a first calculator and an indication unit, characterized in that an additional clock, an eight-channel analog-to-digital converter, a series-connected adder, a block are introduced maximum search, decoder, second calculator and averaging unit, the group of information outputs of which is connected to the group of information inputs of the bl indications, and the group of information inputs of the adder is connected to the group of information outputs of the first calculator and the second group of information inputs of the decoder, the group of information inputs of the eight-channel analog-to-digital converter is connected to the group of information outputs of the radio receiver made by the eight-channel, and the group of information outputs to the group of information inputs the first computer, the output of the clock generator is connected to the clock input of the eight-channel analog-to-digital converter the developer, the synchronization inputs of the first and second calculators, the averaging unit, the adder, the maximum search unit and the decoder, and the information inputs of the radio receiver are connected to the outputs of the corresponding antenna elements of the antenna system.
При этом антенная система амплитудного радиопеленгатора выполнена из восьми антенных элементов, равномерно расположенных вокруг цилиндрического рефлектора.In this case, the antenna system of the amplitude direction finder is made of eight antenna elements evenly spaced around the cylindrical reflector.
Первый вычислитель амплитудного радиопеленгатора определяет отношение уровней сигналов в четырех диаметрально отстоящих друг от друга антенных элементах:
В свою очередь, второй вычислитель определяет оценочные значения направления прихода сигнала φ в соответствии с выражениями:In turn, the second calculator determines the estimated values of the direction of arrival of the signal φ in accordance with the expressions:
где p - номер антенного элемента, выбранного в качестве опорного.where p is the number of the antenna element selected as the reference.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что исключен ряд сложных в реализации элементов, а исполнение антенной системы резко упрощено и с учетом вновь введенных блоков и связей позволяет достичь цели изобретения: разработать два варианта упрощенного малогабаритного амплитудного радиопеленгатора при сохранении в значительной степени его точностных характеристик.The listed new set of essential features due to the fact that a number of elements difficult to implement are excluded, and the antenna system design is greatly simplified and, taking into account the newly introduced blocks and connections, allows to achieve the purpose of the invention: to develop two versions of a simplified small-sized amplitude direction finder while maintaining largely its accuracy characteristics.
Заявляемые устройства поясняются чертежами, на которых показаны:The inventive device is illustrated by drawings, which show:
на фиг.1 - обобщенная структурная схема первого варианта реализации амплитудного радиопеленгатора;figure 1 is a generalized block diagram of a first embodiment of an amplitude direction finder;
на фиг.2 - обобщенная структурная схема второго варианта реализации амплитудного радиопеленгатора;figure 2 is a generalized structural diagram of a second embodiment of an amplitude direction finder;
на фиг.3 иллюстрируется внешний вид антенной системы;figure 3 illustrates the appearance of the antenna system;
на фиг.4 показан порядок нумерации антенных элементов антенной системы после назначения опорного антенного элемента p;figure 4 shows the numbering order of the antenna elements of the antenna system after the assignment of the reference antenna element p;
на фиг.5 - алгоритм работы первого варианта реализации амплитудного радиопеленгатора;figure 5 - algorithm of the first embodiment of the amplitude of the direction finder;
на фиг.6 - алгоритм работы второго варианта реализации амплитудного радиопеленгатора;figure 6 - algorithm of the second embodiment of the implementation of the amplitude direction finder;
на фиг.7 - рисунки, поясняющие работу устройства:figure 7 - drawings explaining the operation of the device:
а) выбранные соотношения сигналов
б) порядок формирования суммы первой тройки отношений сигналов
на фиг.8 иллюстрируется зависимость среднеквадратичного отклонения пеленгов от истинного значения при различных отношениях сигнал/шум;on Fig illustrates the dependence of the standard deviation of the bearings from the true value at different signal-to-noise ratios;
на фиг.9 показана зависимость необходимого числа измерений для обеспечения заданной точности оценивания с вероятностью 0,9.figure 9 shows the dependence of the required number of measurements to ensure a given estimation accuracy with a probability of 0.9.
Сущность изобретения состоит в следующем. Устройство-прототип, реализующее амплитудный метод определения направления прихода радиосигнала, обеспечивает высокую точность измерений. Однако ему присущи большие габариты, высокая сложность реализации, что влечет за собой, кроме того, его значительную себестоимость, жесткие требования к месту для его развертывания, высокие требования к квалификации обслуживающего персонала и т.д. Упрощение антенной системы (наиболее сложного элемента) путем уменьшения количества антенных элементов приводит к снижению точностных характеристик измерителя. В предлагаемых малогабаритных (по сравнению с прототипом) амплитудных радиопеленгаторах упрощение антенной системы в совокупности с исключением фазового коммутатора (в первом варианте - заменой на обычной) компенсируется набором более полной статистики об электромагнитном поле в зоне измерений. В процессе обработки участвуют принятые (для второго варианта - одновременно) излучения всеми пространственно разнесенными антенными элементами. Теоретическое обоснование принятых технических решений приведено в Приложении.The invention consists in the following. The prototype device that implements the amplitude method for determining the direction of arrival of the radio signal, provides high measurement accuracy. However, it is characterized by large dimensions, high complexity of implementation, which entails, in addition, its significant cost, strict requirements for the location for its deployment, high requirements for the qualification of staff, etc. Simplification of the antenna system (the most complex element) by reducing the number of antenna elements leads to a decrease in the accuracy characteristics of the meter. In the proposed small-sized (in comparison with the prototype) amplitude direction finders, the simplification of the antenna system, together with the exception of the phase switch (in the first version, by replacing it with the usual one) is compensated by a set of more complete statistics on the electromagnetic field in the measurement zone. The processing involves the accepted (for the second option - simultaneously) radiation by all spatially separated antenna elements. The theoretical rationale for the technical solutions adopted is given in the Appendix.
Первый вариант реализации амплитудного пеленгатора (см. фиг.1 и 5) содержит последовательно соединенные антенную систему 1, антенный коммутатор 2 и двухканальное радиоприемное устройство 3, первый вычислитель 5, блок индикации 12.The first variant of the implementation of the amplitude direction finder (see Figs. 1 and 5) comprises a series-connected
Для разработки упрощенного малогабаритного амплитудного радиопеленгатора при сохранении в значительной степени его точностных характеристик благодаря более полному учету информации о поле сигнала в пространственно разнесенных точках дополнительно введены двухканальный аналого-цифровой преобразователь 4, тактовый генератор 13, последовательно соединенные второй вычислитель 6, сумматор 7, блок поиска максимума 8, дешифратор 9, третий вычислитель 10 и блок усреднения 11, группа информационных выходов которого соединена с группой информационных входов блока индикации 12, группа информационных выходов второго вычислителя соединена со второй группой информационных входов дешифратора 9, а группа информационных входов второго вычислителя 6 соединена с группой информационных выходов первого вычислителя 5, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов двухканального аналого-цифрового преобразователя 4, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными выходами двухканального радиоприемного устройства 3, а выход тактового генератора 13 соединен с тактовыми входами антенного коммутатора 2 и двухканального аналого-цифрового преобразователя 4, входами синхронизации первого 5, второго 6 и третьего 10 вычислителей, блока усреднения 11, сумматора 7, блока поиска максима 8 и дешифратора 9.To develop a simplified small-sized amplitude-direction finder while maintaining to a large extent its accuracy characteristics due to a more complete consideration of information about the signal field at spatially separated points, a two-channel analog-to-digital converter 4, a clock generator 13, serially connected to a second calculator 6, adder 7, and a search block are additionally introduced a maximum of 8, a decoder 9, a third calculator 10 and an averaging unit 11, the group of information outputs of which are connected to the group of information of the input inputs of the display unit 12, the group of information outputs of the second computer is connected to the second group of information inputs of the decoder 9, and the group of information inputs of the second computer 6 is connected to the group of information outputs of the first computer 5, the group of information inputs of which is connected to the group of information outputs of the two-channel analog-to-digital converter 4, the first and second information inputs of which are connected respectively to the first and second information outputs of a two-channel radio the receiver device 3, and the output of the clock generator 13 is connected to the clock inputs of the antenna switch 2 and the two-channel analog-to-digital converter 4, synchronization inputs of the first 5, second 6 and third 10 computers, averaging unit 11, adder 7, maxim search unit 8 and decoder 9 .
Работа двухканального амплитудного радиопеленгатора (первого варианта исполнения) осуществляется следующим образом (см. фиг.1, 5). С помощью блоков 1-3 осуществляются поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF. Принимаемые антенной системой 1 сигналы на частоте fv поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 2. В задачу последнего входит обеспечение последовательного подключения выхода одного из антенных элементов i, i=2, 3,… 8, ко второму информационному входу блока 3. На первый (опорный) вход постоянно подключается выход первого антенного элемента. В задачу двухканального радиоприемного устройства 3 входят усиление сигналов, их фильтрация и перенос (при необходимости) на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. С выходов приемных трактов блока 3 сигналы поступают на соответствующие входы двухканального аналого-цифрового преобразователя 4, где их амплитуды Ui и U1 синхронно преобразуют в цифровую форму. Полученные значения U1 и Ui, i=2,3,…, 8, далее поступают на соответствующие входы первого вычислителя 5.The work of a two-channel amplitude direction finder (first embodiment) is as follows (see figures 1, 5). Using blocks 1-3, the search and detection of IRI signals in a given frequency band ΔF are carried out. The signals received by the
В функции блока 5 входит нахождение нормированных относительно уровня сигнала на выходе первого АЭ значений в соответствии с выражением
Измеренные в блоке 5 значения
На следующем этапе в сумматоре 7 на основе полученных в блоке 6 результатов определяют суммы фаз отношений сигналов в четырех тройках. Последние составляются следующим образом (см. фиг.7,б). К фазе отношения сигналов противоположных антенных элементов ("большой базы") прибавляются фазы отношения сигналов с "малой базой", параллельных "большой" следующим образом:At the next stage, in the adder 7, based on the results obtained in
Найденные в блоке 7 значения
Далее в дешифраторе 9 выполняется перенумерация антенных элементов в зависимости от предварительной информации о направлении распространения электромагнитной волны, которая поступает на первую группу информационных входов. На второй группе информационных входов блока 9 присутствуют текущие значения
Данная операция эквивалентна назначению опорного антенного элемента φ, необходимого для использования при определении оценочных значений φ в третьем вычислителе 10. Последние в блоке 10 находятся в соответствии с выражениями (19)÷(21) Приложения.This operation is equivalent to the purpose of the reference antenna element φ, which is necessary for use in determining the estimated values of φ in the
В качестве истинного значения φ принимается усредненное в блоке 11 оценочное значение
Второй вариант реализации амплитудного радиопеленгатора (см. фиг.2 и 6) содержит антенную систему 14, радиоприемное устройство 15, первый вычислитель 17 и блок индикации 23.A second embodiment of an amplitude direction finder (see FIGS. 2 and 6) comprises an
Для создания упрощенного малогабаритного амплитудного пеленгатора при сохранении в значительной степени его точностных характеристик благодаря более полному учету информации о поле сигнала в пространственно разнесенных точках дополнительно введены тактовый генератор 24, восьмиканальный аналого-цифровой преобразователь 16, последовательно соединенные сумматор 18, блок поиска максимума 19, дешифратор 20, второй вычислитель 21 и блок усреднения 22, группа информационных выходов которого соединена с группой информационных входов блока индикации 23, а группа информационных входов сумматора 18 соединена с группой информационных выходов первого вычислителя 17 и второй группой информационных входов дешифратора 20, группа информационных входов восьмиканального аналого-цифрового преобразователя 16 соединена с группой информационных выходов радиоприемного устройства 15, выполненного восьмиканальным, а группа информационных выходов - с группой информационных входов первого вычислителя 17, выход тактового генератора 24 соединен с тактовым входом восьмиканального аналого-цифрового преобразователя 16, входами синхронизации первого 17 и второго 21 вычислителей, блока усреднения 22, сумматора 18, блока поиска максимума 19 и дешифратора 20, а информационные входы восьмиканального радиоприемного устройства 15 соединены с выходами соответствующих антенных элементов антенной системы.To create a simplified small-sized amplitude direction finder while maintaining to a large extent its accuracy characteristics due to a more complete consideration of information about the signal field at spatially separated points, a clock generator 24, an eight-channel analog-to-digital converter 16, a series-connected adder 18, a maximum search unit 19, and a decoder are additionally introduced 20, the second calculator 21 and the averaging unit 22, the group of information outputs of which are connected to the group of information inputs of the indie block 23, and the group of information inputs of the adder 18 is connected to the group of information outputs of the first calculator 17 and the second group of information inputs of the decoder 20, the group of information inputs of the eight-channel analog-to-digital converter 16 is connected to the group of information outputs of the radio receiver 15 made by eight-channel, and the group of information outputs - with a group of information inputs of the first calculator 17, the output of the clock generator 24 is connected to the clock input of an eight-channel analog-digital reobrazovatelya 16, a synchronization input 17 of the first and second calculators 21, the averaging unit 22, an adder 18, a maximum searcher 19 and decoder 20, and the data inputs of eight-receiving device 15 are connected to the outputs of the respective antenna elements of the antenna system.
Работа восьмиканального амплитудного радиопеленгатора (второй вариант исполнения) осуществляется следующим образом. С помощью блоков 14 и 15 выполняется одновременный прием сигналов в заданной полосе частот ΔF. Принимаемые восьмиэлементной антенной системой 14 сигналы на частоте fv поступают на соответствующие входы восьмиканального радиоприемного устройства 15.The operation of the eight-channel amplitude direction finder (second embodiment) is as follows. Using
В восьмиканальном радиоприемном устройстве 15 выполняются одновременное усиление сигналов, поступающих с выходов всех АЭ, их фильтрация и перенос (при необходимости) на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. С выходов приемных трактов блока 15 сигналы параллельно поступают на соответствующие входы восьмиканального аналого-цифрового преобразователя 16, где их амплитуды Ui синхронно преобразуются в цифровую форму. Полученные одновременно значения Ui, i=1,2,…, 8, далее поступают на соответствующие входы первого вычислителя 17.In the eight-channel
В функции блока 17 входит нахождение отношений уровней сигналов в четырех диаметрально отстоящих друг от друга антенных элементах
Следующие три этапа работы устройства совпадают с выполняемыми операциями амплитудного радиопеленгатора по первому варианту реализации. В сумматоре 18 на основе полученных блоком 17 результатов определяют суммы фаз отношений сигналов в четырех тройках (1). Найденные в блоке 18 значения
В дешифраторе 20 выполняется перенумерация антенных элементов в зависимости от направления распространения электромагнитной волны. Порядок присвоений приведен в таблице (операция назначения опорного элемента p).In the
На следующем этапе во втором вычислителе 21 определяются оценочные значения пеленга сигнала φ в соответствии с выражениямиAt the next stage, in the
В результате на выходе блока 21 формируются оценочные значения φ, которые в блоке 22 усредняются. Полученные в блоке 22 результаты
В результате выполнения названных операций при определении значений
Второй вариант реализации амплитудного радиопеленгатора обладает более высокими точностными характеристиками (по сравнению с первым вариантом) в силу того обстоятельства, что измерение комплексных амплитуд сигналов Ui во всех АЭ выполняется одновременно. Кроме того, ему присуща более высокая помехозащищенность из-за большего числа используемых в обработке вычислений (дополнительно определяются
В предлагаемых устройствах используются известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе. Вариант исполнения антенных элементов и антенных решеток 1 и 14 (см. фиг.3) известен и широко освещен в литературе (см. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. - М.: Радио и связь, 1983, 296 с.). Тип используемых АЭ определяется диапазоном рабочих частот. В качестве последних могут быть использованы пары противофазных диполей.The proposed devices use well-known elements and blocks described in the scientific and technical literature. The embodiment of the antenna elements and
Реализация двухканального 3 и восьмиканального 15 радиоприемных устройств известна. Последние серийно выпускаются ООО "Специальный Технологический Центр" г.Санкт-Петербург (см. Специальный Технологический Центр. Информационно-аналитический альманах./Под ред. А.А.Гетманцева. - Санкт-Петербург, 2011).The implementation of two-
Кроме того, данные блоки могут быть реализованы соответствующим набором приемников типа IC-R8500 фирмы ICOM (см. Communication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). При этом первый и второй гетеродины одного из приемников используют одновременно в качестве первого и второго гетеродинов соответственно остальных приемников.In addition, these units can be implemented with an appropriate set of ICOM type IC-R8500 receivers (see Communication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). In this case, the first and second local oscillators of one of the receivers are used simultaneously as the first and second local oscillators, respectively, of the remaining receivers.
Реализация антенного коммутатора 2 известна и трудностей не вызывает (см. Вениаминов В. Н. и др. Микросхемы и их применение. М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.; Вайсблат А.В. Коммутационые устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.).The implementation of
Реализация двухканального 4 и восьмиканального 16 аналого-цифровых преобразователей известна и широко освещена в литературе. Выпускаются серийно ООО "Специальный Технологический Центр" г.Санкт-Петербург (см. http://stc-spb.ru).The implementation of two-
В функции первого вычислителя 5 входит нахождение нормированных относительно уровня сигнала на выходе первого АЭ значений сигналов AP в соответствии с выражением
В блоке 6 определяется отношение сигналов (см. фиг.7,а) в четырех парах диаметрально отстоящих друг от друга антенных элементов (
Блок 17 выполняет аналогичную (с блоком 6) функцию по нахождению отношений сигналов
Сумматоры 7 (18) предназначены для нахождения сумм фаз отношений сигналов в четырех тройках
Дешифраторы 9 и 20 предназначены для перенумерации антенных элементов в зависимости от направления распространения электромагнитной волны, в соответствии с вышеприведенной таблицей. На первую группу их информационных входов поступают данные о направлении прихода радиоволны с точностью до ±π/4 с выходов блоков 8 и 19 соответственно. На вторых группах информационных входов присутствуют определенные в блоках 6 и 17 соответствующие значения
Третий вычислитель 10 предназначен для нахождения оценочных значений направления прихода радиосигнала φ в соответствии с выражениями (19)÷(21) Приложения. Реализация блока трудностей не вызывает, может быть реализован на программируемых постоянных запоминающих устройствах, например серии К541 или К500. Второй вычислитель 21 выполняет аналогичную с блоком 10 функцию - нахождение оценочных значений направления прихода радиосигнала φ. Данная операция выполняется в соответствии с выражениями (2)-(4) Описания. Блок 21 также может быть реализован на микросхемах серий К541 и К500.The
Блоки усреднения 11 и 22 предназначены для нахождения истинного значения
Построение тактовых генераторов 13 и 24 известно и широко освещено в литературе (см. Радиоприемные устройства: учебное пособие для радиотехн. спец. ВУЗов/ Ю.Т. Давыдов и др. - М.: Высшая школа, 1989. - 342 с.).The construction of
Реализация блоков индикации 13 и 23 известна и трудностей не вызывает (см. Быстров А.Ю. и др. Сто схем с индикаторами. - М.: Радио и связь, 1990. - 112 с.; Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник. - М.: Радио и связь, 1998. - 128 с.).The implementation of indication blocks 13 and 23 is known and does not cause difficulties (see Bystrov A.Yu. et al. One hundred schemes with indicators. - M.: Radio and communications, 1990. - 112 p .; Password N.V., Kaydalov S .A. Sign-synthesizing indicators and their application: Handbook. - M.: Radio and communications, 1998. - 128 p.).
Изготовление на дискетных элементах блоков с 4 по 11 в первом варианте и блоков с 16 по 22 во втором варианте амплитудного радиопеленгатора соответственно нецелесообразно из-за недостаточного быстродействия, значительных габаритных размеров, веса и потребляемой энергии. В связи с этим названные блоки для каждой из реализаций целесообразно выполнить на одном сигнальном процессоре TMS320c64l6 (см. TMS320с6416: http://focus/ti/com/docs/prod/folclers/print/TMS320c64'16.html), алгоритм работы которого показан на фиг.5 и 6 соответственно.The production of
На основе выражений (19)-(21) Приложения и (2)-(4) Описания выполнен анализ характеристик предлагаемых технических решений (см. фиг.8 и 9). Рассмотрению подлежала антенная система (см. фиг.3) диаметром 0,3 метра. На фиг.8 приведены результаты расчета среднеквадратического отклонения пеленгов σφ от истинного значения в диапазоне частот от 20 до 1000 МГц при различных соотношениях сигнал/шум на входе измерителя. Для названных условий (шум "белый") математическое отклонение значения φ совпадает с истинным, что позволяет обеспечить заданную точность измерений путем усреднения накопленных результатов. На фиг.9 приведена зависимость необходимого числа усреднений γ для обеспечения точности в 1°, 5° и 10° с вероятностью 0,9. Можно видеть, что при полосе пропускания 10 кГц (время одного измерения 0,5·10-3 с) даже при среднеквадратическом отклонении σφ=50°, точность пеленгования в 1° может быть достигнута за 3,5 с.Based on the expressions (19) - (21) of the Appendix and (2) - (4) of the Description, an analysis of the characteristics of the proposed technical solutions has been performed (see Figs. 8 and 9). The antenna system (see Fig. 3) with a diameter of 0.3 meters was subject to consideration. On Fig shows the results of the calculation of the standard deviation of the bearings σ φ from the true value in the frequency range from 20 to 1000 MHz for various signal-to-noise ratios at the input of the meter. For the aforementioned conditions (noise is “white”), the mathematical deviation of the value of φ coincides with the true one, which allows us to ensure a given measurement accuracy by averaging the accumulated results. Figure 9 shows the dependence of the required number of averagings γ to ensure accuracy of 1 °, 5 ° and 10 ° with a probability of 0.9. It can be seen that with a passband of 10 kHz (time of one measurement 0.5 · 10 -3 s), even with a standard deviation of σ φ = 50 °, direction finding accuracy of 1 ° can be achieved in 3.5 s.
Таким образом, в предлагаемых технических решениях реализуются точностные характеристики, соизмеримые с устройством-прототипом. Однако известно, что АС прототипа имеет диаметр 105 метров и 40 АЭ. В предлагаемых вариантах устройств диаметр АС составляет 1 метр и менее, содержит 8 АЭ, что и определяет положительный эффект. Однако следует отметить, что значительное увеличение габаритных размеров АС влечет за собой потерю работоспособности заявляемых устройств из-за существенного влияния фазовых параметров принимаемых сигналов на результаты измерений.Thus, the proposed technical solutions implement precision characteristics commensurate with the prototype device. However, it is known that the prototype AS has a diameter of 105 meters and 40 AE. In the proposed device variants, the diameter of the speaker is 1 meter or less, contains 8 AE, which determines the positive effect. However, it should be noted that a significant increase in the overall dimensions of the speakers entails a loss of operability of the claimed devices due to the significant influence of the phase parameters of the received signals on the measurement results.
Приложениеapplication
Расчет пространственных параметров радиосигналов узкобазисным амплитудным радиопеленгаторомCalculation of spatial parameters of radio signals by a narrow-base amplitude direction finder
Известно, что в качестве элементов АС в амплитудных пеленгаторах должны использоваться АЭ, обладающие некоторой направленностью (см. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. - М.: Сов. радио, 1964). Наиболее часто в качестве последних выступают малые рамки либо пары противофазных диполей. И те, и другие обладают косинусоидальной диаграммой направленности в азимутальной плоскости. Однако в последнее время все чаще появляются пеленгаторы, антенные системы которых представляют собой совокупность диполей, расположенных над цилиндрическим экраном так, как показано, на фиг.3.It is known that as elements of AS in amplitude direction finders, AEs with a certain orientation should be used (see Kukes I.S., Starik M.E. Fundamentals of radio direction finding. - M .: Sov. Radio, 1964). Most often, the latter are small frames or pairs of antiphase dipoles. Both have a cosine beam pattern in the azimuthal plane. Recently, however, direction finders are increasingly appearing whose antenna systems are a combination of dipoles located above a cylindrical screen as shown in FIG. 3.
Характеристика направленности продольного диполя над цилиндрической поверхностью описывается следующим выражением (см. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. - М.: Радио и связь, 1983. - 296 с.)The directional characteristic of a longitudinal dipole above a cylindrical surface is described by the following expression (see Markov G.T., Chaplin A.F. Excitation of electromagnetic waves. - M .: Radio and communication, 1983. - 296 p.)
причем с достаточной для практики точностью можно ограничиться двумя первыми членами ряда.moreover, with sufficient accuracy for practice, we can restrict ourselves to the first two members of the series.
В этом случае зависимость уровня сигнала на выходных зажимах диполя от направления прихода плоской электромагнитной волны определяется выражением:In this case, the dependence of the signal level at the output terminals of the dipole on the direction of arrival of a plane electromagnetic wave is determined by the expression:
U=K·(A0+A1cosφ), (1)U = K · (A 0 + A 1 cosφ), (1)
где K=eikbcosφ - фазовый множитель, здесь k=2π/λ - волновое число, b - радиальное расстояние от оси диполя до оси цилиндра.where K = e ikbcosφ is the phase factor, here k = 2π / λ is the wave number, b is the radial distance from the dipole axis to the cylinder axis.
Рассмотрим алгоритм пеленгования при использовании восьми антенных элементов с указанным видом характеристики направленности. Названное количество АЭ, равномерно расположенных по окружности, через угол π/4 позволяет заметно упростить алгоритм работы устройства благодаря использованию периодических свойств sin-cos - функций.Consider the direction finding algorithm using eight antenna elements with the specified type of directivity. The named number of AEs evenly spaced around the circle through the angle π / 4 allows us to significantly simplify the algorithm of the device due to the use of periodic properties of sin-cos functions.
Пусть направление прихода электромагнитной волны составляет с направлением оси антенной системы на p-й антенный элемент угол φ (см. фиг.4). Порядок назначения p-го АЭ рассмотрен ниже.Let the direction of arrival of the electromagnetic wave with the direction of the axis of the antenna system at the p-th antenna element angle φ (see figure 4). The order of appointment of the p-th AE is discussed below.
Тогда напряжение на выходах антенных элементов p, p±1 и p±2 имеет вид:Then the voltage at the outputs of the antenna elements p, p ± 1 and p ± 2 has the form:
Up=K·(A0+A1cosφ); (2)U p = K · (A 0 + A 1 cosφ); (2)
На низких частотах, т.е. при выполнении условия kb □ 1, фазовые множители в выражениях (2)÷(6) можно представить в виде:At low frequencies, i.e. when kb □ 1 is satisfied, the phase factors in expressions (2) ÷ (6) can be represented as:
Kp=eikbcosφ=cos(kbcosφ)+isin(kbcosφ)≈1+ikbcosφ;K p = e ikbcosφ = cos (kbcosφ) + isin (kbcosφ) ≈1 + ikbcosφ;
Kp±2≈1+ikbsinφ;K p ± 2 ≈1 + ikbsinφ;
Kp±4≈1-ikbcosφ.K p ± 4 ≈1-ikbcosφ.
Подставляя эти выражения в (2)÷(6), найдем сигналы, нормированные к изотропной составляющей характеристики направленностиSubstituting these expressions in (2) ÷ (6), we find the signals normalized to the isotropic component of the directivity
Нахождение разности нормированных сигналов
Вычислим разности нормированных сигналов в параллельных парах элементов:We calculate the differences of the normalized signals in parallel pairs of elements:
Поскольку kb □ 1, третье слагаемое в круглых скобках будет много меньше первого, следовательно:Since kb □ 1, the third term in parentheses will be much smaller than the first, therefore:
Аналогичным образом, можно показать, что:Similarly, it can be shown that:
В ортогональных парах элементов разности нормированных сигналов определятся из выражений:In orthogonal pairs of elements, the differences of the normalized signals are determined from the expressions:
Можно видеть, что угол прихода волны может быть вычислен путем деления любой разности сигналов (12)÷(14) на любую разность (15)÷(17). Максимальная чувствительность заявляемых пеленгаторов достигается благодаря суммированию разностей уровней сигналов (при малых габаритах АС последние имеют незначительные величины):It can be seen that the angle of wave arrival can be calculated by dividing any signal difference (12) ÷ (14) by any difference (15) ÷ (17). The maximum sensitivity of the inventive direction finders is achieved by summing the differences in signal levels (with small dimensions of the speakers, the latter have insignificant values):
Поскольку измерять удобнее не абсолютные уровни сигналов, а их отношения, выражение (18) следует преобразовать к виду:Since it is more convenient to measure not the absolute levels of signals, but their relationships, expression (18) should be converted to:
где
Значение
Получим:We get:
илиor
Очевидно, что если угол между направлением от i-го элемента к j-му и направлением прихода электромагнитной волны лежит в пределахIt is obvious that if the angle between the direction from the ith element to the jth and the direction of arrival of the electromagnetic wave lies within
то фаза отношения
После вычислений по формулам (19)-(21) значение угла φ усредняется. Неоднозначностей, возникающих при пеленговании методом Ватсона-Ватта, в данных устройствах нет, поскольку всегда выполняется приведенное выше условие.After calculations by formulas (19) - (21), the angle φ is averaged. There are no ambiguities arising during direction-finding by the Watson-Watt method in these devices, since the above condition is always fulfilled.
Claims (9)
где p - номер антенного элемента, выбранного в качестве опорного.5. The amplitude direction finder according to claim 2, characterized in that the third computer determines the estimated values of the direction of arrival of the signal φ in accordance with the expressions:
where p is the number of the antenna element selected as the reference.
где p - номер антенного элемента, выбранного в качестве опорного. 9. The amplitude direction finder according to claim 7, characterized in that the second computer determines the estimated values of the direction of arrival of the signal φ in accordance with the expressions:
where p is the number of the antenna element selected as the reference.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111007/07A RU2526536C1 (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Amplitude-based radio direction-finder (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111007/07A RU2526536C1 (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Amplitude-based radio direction-finder (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2526536C1 true RU2526536C1 (en) | 2014-08-27 |
Family
ID=51456179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013111007/07A RU2526536C1 (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Amplitude-based radio direction-finder (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2526536C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596018C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-08-27 | Борис Николаевич Горевич | Method for amplitude direction finding of radio signal sources |
RU2615491C1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-04-05 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for simultaneous measuring two angular objective coordinates in review amplitude monopulse radar system with antenna array and digital signal processing |
RU2673451C1 (en) * | 2017-07-03 | 2018-11-27 | ФГКВОУ ВО Военная академия РВСН имени Петра Великого МО РФ | Method of amplitude direction finding on maximum diagrams of antenna direction |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2065172C1 (en) * | 1992-05-18 | 1996-08-10 | Лев Николаевич Бабушкин | Amplitude-type direction finder |
RU2078348C1 (en) * | 1993-03-22 | 1997-04-27 | Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Double-channel direction finder |
RU2144200C1 (en) * | 1999-06-17 | 2000-01-10 | Ашихмин Александр Владимирович | Process of direction finding of radio signals and multichannel direction finder |
WO2000039601A1 (en) * | 1998-08-04 | 2000-07-06 | Raytheon Company | Compensation of direction finding estimates for polarimetric errors |
RU2263327C1 (en) * | 2004-01-15 | 2005-10-27 | Терентьев Алексей Васильевич | Method for radio signals position-finding and direction-finder for realization of said method |
-
2013
- 2013-03-12 RU RU2013111007/07A patent/RU2526536C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2065172C1 (en) * | 1992-05-18 | 1996-08-10 | Лев Николаевич Бабушкин | Amplitude-type direction finder |
RU2078348C1 (en) * | 1993-03-22 | 1997-04-27 | Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Double-channel direction finder |
US6184830B1 (en) * | 1997-10-02 | 2001-02-06 | Raytheon Company | Compensation of direction finding estimates for polarimetric errors |
WO2000039601A1 (en) * | 1998-08-04 | 2000-07-06 | Raytheon Company | Compensation of direction finding estimates for polarimetric errors |
RU2144200C1 (en) * | 1999-06-17 | 2000-01-10 | Ашихмин Александр Владимирович | Process of direction finding of radio signals and multichannel direction finder |
RU2263327C1 (en) * | 2004-01-15 | 2005-10-27 | Терентьев Алексей Васильевич | Method for radio signals position-finding and direction-finder for realization of said method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВАРТАНЕСЯН В.А. и др. Радиопеленгация. Москва, Советское радио, 1966, с.134-135. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596018C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-08-27 | Борис Николаевич Горевич | Method for amplitude direction finding of radio signal sources |
RU2615491C1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-04-05 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for simultaneous measuring two angular objective coordinates in review amplitude monopulse radar system with antenna array and digital signal processing |
RU2673451C1 (en) * | 2017-07-03 | 2018-11-27 | ФГКВОУ ВО Военная академия РВСН имени Петра Великого МО РФ | Method of amplitude direction finding on maximum diagrams of antenna direction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2283505C1 (en) | Method and device for determining coordinates of a radio radiation source | |
TWI727287B (en) | Method and system for determining an unambiguous angle of arrival using interferometry | |
AU2017410814B2 (en) | Disambiguated direction finding | |
US3973262A (en) | Radio direction finder with means for reducing sensitivity to multipath propogation errors | |
GB2140238A (en) | Direction finding | |
RU2526536C1 (en) | Amplitude-based radio direction-finder (versions) | |
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 | |
RU2752249C2 (en) | Multichannel direction finder of rf radio signals | |
RU2144200C1 (en) | Process of direction finding of radio signals and multichannel direction finder | |
JP2004198189A (en) | Azimuth detection device | |
RU2598648C1 (en) | Method for radio direction-finding and radio direction finder therefor | |
RU2505832C2 (en) | Method for radio signal direction finding and direction finder for realising said method | |
RU2659810C1 (en) | Method and apparatus for determining coordinates of radio emission sources | |
RU2184980C1 (en) | Procedure measuring intensity of electromagnetic field of radio signals and device for its implementation | |
RU2341811C1 (en) | Method of finding direction of radio signals and direction finder to this end | |
RU2736414C1 (en) | Method of spatial filtering of signals | |
ZA200603665B (en) | Methods and device for the radio determination of a number of spectrally overlapping radio stations | |
Searle | An examination of bias in SODA interferometry | |
RU2567214C1 (en) | Multi-frequency antenna array with digital signal processing for determining coordinates of radar target | |
RU2231806C2 (en) | Method for estimation of current co-ordinates of source of radio emission | |
RU2321014C2 (en) | Mode of direction finding and multi channel direction finder | |
RU2201599C1 (en) | Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization | |
RU2179730C1 (en) | Direction finder of sonar navigation system with ultrashort base | |
RU2603971C1 (en) | Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150313 |