СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ


RU (11) 2263328 (13) C1

(51) 7 G01S5/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.10.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004115813/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.05.24 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.05.24 
(45) Опубликовано: 2005.10.27 
(56) Аналоги изобретения: US 4728959, 01.03.1988. RU 2001125859 А, 10.08.2003. RU 2226701 С2, 10.04.2004. RU 2002114246 А, 10.02.2004. US 4613867 A, 23.09.1986. ЕР 1087236 А2, 28.03.2001. US 4746926, 24.05.1988. US 5280294 А, 18.01.1994. 
(72) Имя изобретателя: Величко О.Д. (RU); Соломатин А.И. (RU); Смирнов П.Л. (RU); Терентьев А.В. (RU); Царик О.В. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Военный университет связи (RU) 
(98) Адрес для переписки: 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 3, Военный университет связи, Бюро изобретательства 

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения априорно неизвестных источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемым техническим результатом является повышение точности местоопределения. Способ на подготовительном этапе включает процессы определения количества элементарных зон привязки, расчета для центрального и R периферийных пеленгаторных пунктов (ПП) с известными координатами значений эталонных первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) относительно координат местоположения центров каждой элементарной зоны привязки. На этапе работы предлагаемый способ включает процессы приема сигналов ИРИ группой из R1 взаимосвязанных периферийных и центрального ПП, измерения ППИП на выходах антенных элементов (АЭ), причем ППИП, измеренные периферийными ПП, передаются на центральный ПП, вычисления для каждой элементарной зоны привязки разности между эталонными и измеренными ППИП, выделения из полученных величин минимальной, а координаты местоположения центра элементарной зоны привязки, принимают за координаты местоположения обнаруженного ИРИ. В качестве ППИП используют значения разностей фаз сигналов всех возможных парных комбинаций АЭ в рамках каждого пеленгаторного пункта. В заявленном устройстве на центральном ПП дополнительно введены сумматор, запоминающее устройство, блок принятия решения и R+1 тракт анализа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 18 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Заявляемые объекты объединены единым изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения априорно неизвестного источника радиоизлучения (ИРИ).

Известен разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения (см. Пат. RU №2000129837, опубл. 20.10.2002 г., Пат. RU №2204145, опубл. 05.10.2003 г.). Он заключается в приеме и измерении задержек i, сигнала группой взаимосвязанных с известным местоположением пунктов приема, решении гиперболических уравнений на центральном приемном пункте, на основе которого определяют координаты источника радиоизлучения.

Недостатком аналогов являются недопустимо большие ошибки местоопределения ИРИ в случае, когда ИРИ излучает импульсы с высокой частотой следования. Так, в случае, когда период следования импульсов ИРИ меньше максимального времени задержки хотя бы на одном из боковых (периферийных) постов, возникает неоднозначность в измерении координат, устранить которую практически невозможно (см. Смирнова Ю.А. Радиотехническая разведка. - М.: Воениздат, 2001 г., с.323-324). Кроме того, данный способ местоопределения предъявляет высокие требования к системе единого времени и скорости обмена информацией, что также затрудняет реализацию данных технических решений.

Известен «Способ определения координат движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами» по Пат. RU №2001125859, опубл. 10.06.2003 г. В нем реализуется угломерный разностно-дальномерный способ местоопределения, который основан на приеме, выделении и обработке прямого излучения ИРИ, измерении угловых направлений и частоты принимаемого сигнала, приеме сигнала вторым приемным устройством, антенну которого перемещают относительно первой антенны с заданной скоростью, измерении частоты ИРИ, вычислении проекции заданной скорости относительно перемещения на направлении на источник радиоизлучения, вычислении по результатам измерений радиальной скорости перемещения источника излучения в каждый момент измерения, дальности, азимута и частоты. Способ-аналог позволяет определить местоположение подвижного ИРИ, однако ему также присущи недостатки, свойственные корреляционным методам оценивания: система не защищена от воздействия когерентных помех, обладает недостаточной точностью местоположения ИРИ особенно в сложной сигнально-помеховой обстановке (см. Логинов Н.А. Актуальные вопросы радиоконтроля в Российской Федерации. - М.: Радио и связь, 2000 г., с.128-145).

Известна «Система радиоразведки» (см. Pat. DE №3839610, G 01 S 3/04. Опубл. в РЖ «Изобретения стран мира» №9, 10, 1991 г.). Система реализует угломерный способ местоопределения и состоит из R1 идентичных периферийных пеленгаторных пунктов и центрального пеленгаторного пункта, R выходов управления которого соединены со входами управления соответствующих периферийных пеленгаторных пунктов, а R информационных входов соединены с информационными выходами соответствующих периферийных пеленгаторных пунктов, причем каждый периферийный пеленгаторный пункт содержит последовательно соединеные антенную систему, антенный коммутатор, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой обработки сигналов, блок вычисления пеленгов, блок индикации и комплект аппаратуры связи, а центральный пеленгаторный пункт содержит последовательно соединенные антенную систему, антенный коммутатор, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой обработки сигналов, блок вычисления пеленгов, блок вычисления координат источника радиоизлучения, другие входы которого соединены с соответствующими выходами R комплектов аппаратуры связи, блок периодического поиска по частоте, блок памяти и индикаторное устройство.

Система позволяет определять координаты источника радиоизлучения и отличается тем, что приемник пеленгаторного тракта одновременного используется и в качестве поискового. В поисковом режиме обнаруживаются сигналы в заданной полосе частот F, устанавливается значение частоты и формируется команда на пеленгование, которая с помощью R комплектов связи передается на периферийные пеленгаторные пункты. Результаты измерения пространственных параметров с периферийных пеленгаторных пунктов поступают на центральный пеленгаторный пункт, где вычисляются координаты ИРИ, а приемник переходит в режим поиска.

Недостатком аналога является относительно низкая точность измерения координат ИРИ вследствие реализации последним двухэтапного алгоритма измерений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является «Способ определения коорданат ИРИ», описанный в Пат. US №4728959, МПК G 01 S 5/04, опубл. 08.08.1986 г. Он включает прием сигналов источников радиоизлучений в заданной полосе частот F группой из R1 взаимосвязанных периферийных и центрального пеленгаторных пунктов с известным местоположением, измерение первичных пространственно-информационных параметров, преобразование на пеленгаторных пунктах первичных пространственно-информационных параметров в пространственные параметры: азимутальный угол и угол места с помощью преобразования Гильберта, определение уровня достоверности к полученным результатам по методу ХИ-квадрат, передачу результатов измерений пространственных параметров с периферийных пеленгаторных пунктов на центральный пеленгаторный пункт, определение местоположения ИРИ решением системы нелинейных уравнений методом наименьших квадратов.

Способ-прототип позволяет повысить точность определения координат источников радиоизлучениий в сложной сигнально-помеховой обстановке, свойственной для городских условий.

Однако способ-прототип также, как и аналоги, обладает недостаточной точностью измерения координат источников радиоизлучений в силу того, что в нем реализуют двухэтапную обработку результатов измерений. На первом этапе на пеленгаторных пунктах измеряют пространственные параметры и , которые на втором этапе используют для вычисления местоположения ИРИ на центральном пеленгаторном пункте. При двухэтапной обработке оптимизация способа измерения координат ИРИ может строиться по трем направлениям:

оптимизация второго этапа обработки; 

оптимизация первого этапа обработки;

оптимизация (раздельная) обоих этапов обработки. 

В книге (Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы/ B.C.Кондратьев, А.Ф.Котов, Л.Н.Марков; Под редакцией проф. В.В.Цветкова. - М.: Радио и связь, 1989 г. - 264 с.) показано, что ввиду принципиальной нелинейности обоих этапов обработки все три метода оптимизации систем местоопределения с двухэтапной обработкой дают по точности худшие результаты, чем при оптимальной одноэтапной обработке (см. также, стр.13).

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству определения координат источника радиоизлучения является «Радиопеленгационная система» по Pat. US №4728959, G 01 S 5/04, опубл. в РЖ «Изобретения стран мира», №21, 1988.

Устройство-прототип состоит из R1 идентичных периферийных пеленгаторных пунктов и центрального пеленгаторного пункта. Выходы управления центрального пеленгаторного пункта соединены с входами управления соответствующих периферийных пеленгаторных пунктов, информационные выходы которых соединены с соответствующими информационными входами центрального пеленгаторного пункта. К элементам периферийного пеленгаторного пункта относятся антенная решетка из М>2 идентичных антенных элементов, установленных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, двухканальный приемник, выполненный по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, запоминающее устройство генератор синхроимпульсов, блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров, блок определения пространственных параметров, радиомодем и дуплексный приемопередатчик. Выходы антенных элементов подключены к соответствующим сигнальным входам антенного коммутатора, опорный и сигнальный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами двухканального приемника. Первый и второй информационные входы блока преобразования Фурье соединены соответственно с первым и вторым выходами промежуточной частоты двухканального приемника. Первый и второй выход блока преобразования Фурье подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, выходы которого соединены с информационными входами запоминающего устройства. Вход синхронизации запоминающего устройства подсоединен к выходу генератора синхроимпульсов и объединен со входами управления антенного коммутатора и синхровходами аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров и блока определения пространственных параметров. Выходы запоминающего устройства соединены с соответствующими информационными входами блока определения пространственных параметров. Первый вход дуплексного приемопередатчика является входом управления периферийным пеленгаторным пунктом. Второй вход дуплексного приемопередатчика через радиомодем соединен с выходами блока определения пространственных параметров. Вход управления двухканального приемника через второй вход радиомодема соединен со вторым выходом дуплексного приемопередатчика. Первый выход радиомодема соединен со вторым входом дуплексного приемопередатчика, первый выход которого является информационным выходом периферийного пеленгаторного пункта. К элементам центрального пеленгаторного пункта относится антенная решетка из М>2 идентичных антенных элементов, установленных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, двухканальный приемник, выполненный по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, R+1 запоминающих устройств, генератор синхроимпульсов, блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров, блок определения пространственных параметров, R радиомодемов, R дуплексных приемопередатчиков, блок вычисления местоположения источника радиоизлучения и блока индикации. Выходы антенных элементов подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, опорный и сигнальный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами двухканального приемника. Первый и второй информационные входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым и вторым выходами промежуточной частоты двухканального приемника. Первый и второй информационные входы блока преобразования Фурье соединены соответственно к первому и второму выходам аналого-цифрового преобразователя. Первый и второй выход блока преобразования Фурье подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, выходы которого соединены с информационными входами первого запоминающего устройства. Вход генератора синхроимпульсов соединен со входом управления антенного коммутатора и синхровходами всех R+2 запоминающих устройств, аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, блока определения пространственных параметров, блока определения местоположения источника радиоизлучения. Выходы первого запоминающего устройства соединены с соответствующими информационными входами блока определения пространственно-информационных параметров. Первые входы всех R радиомодемов объединены и соединены с управляющим выходом двухканального приемника, вторые входы соединены со вторыми информационными выходами соответствующих дуплексных приемопередатчиков. Первые входы дуплексных приемопередатчиков являются соответственно информационными входами центрального пеленгаторного пункта, а их первые выходы - соответствующими выходами управления центрального пеленгаторного пункта. Вторые входы дуплексных приемопередетчиков подключены ко вторым выходам соответствующих радиомодемов. Выходы блока определения пространственных параметров подключены к информационным входам второго запоминающего устройства. Первые выходы всех R модемов подключены к информационным входам запоминающих устройств с третьего по R+2 соответственно. Запоминающие устройства с номерами с второго по R+2 подключены к соответствующим информационным входам блока вычисления местоположения источника радиоизлучения. Выходы последнего соединены с информационными входами блока индикации. 

Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства определения координат источника радиоизлучения, обеспечивающих повышение точности местоопределения путем применения одноэтапной обработки.

В заявляемом способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат ИРИ в заданной зоне контроля, включающем прием сигналов источников радиоизлучений в заданной полосе частот F группой из R1 взаимосвязанных периферийных и центрального пеленгаторных пунктов с известным их местоположением, измерение первичных пространственно-информационных параметров, предварительно вычисляют количество N=S/So элементарных зон привязки, где S и So - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, а также определяют координаты местоположения центров элементарных зон привязки и присваивают каждой элементарной зоне привязки порядковый номер n=1, 2,...N. Рассчитывают для центрального и R периферийных пеленгаторных пунктов, антенная система каждого из которых включает М>2 антенных элементов, значения эталонных первичных пространственно-информационных параметров на выходах Arm-го антенного элемента, где r=1, 2,..., R+1; m=1, 2,..., М, относительно координат местоположения центров каждой элементарной зоны привязки. Эталонные первичные пространственно-информационные параметры рассчитывают для средних частот fv=f(2V-1)/2, где V=1, 2,..., Р; P=F/f - число частотных поддиапазонов; fF - ширина частотного поддиапазона. При обнаружении сигнала источника радиоизлучения на частоте fv измеряют первичные пространственно-информационные параметры на выходах Arm-х антенных элементов. Затем измеренные первичные пространственнно-информационные параметры на выходах антенных элементов периферийных пеленгаторных пунктов передают на центральный пеленгаторный пункт. Для каждой n-й элементарной зоны привязки вычисляют разность между эталонными и измеренными первичными пространственно-информациионными параметрами. Полученные разности возводят в квадрат и суммируют. Выделяют из N полученных сумм Kn(fV) минимальную, а координаты местоположения центра элементарной зоны привязки, соответствующей минимальной сумме minKn(fV), принимают за координаты местоположения обнаруженного источника радиоизлучения.

Для измерения первичных пространственно-информационных параметров в соответствующем поддиапазоне частот f v для каждой пары антенных элементов всех пеленгаторных пунктов синхронно принятые высокочастотные сигналы преобразуют в электрические сигналы промежуточной частоты, дискретизируют и квантуют. После чего формируют из них четыре последовательности отсчетов путем их разделения на квадратурные составляющие, запоминают в каждой последовательности предварительно заданное число В отсчетов квадратурных составляющих сигналов. Корректируют запомненные отсчеты последовательностей квадратурных составляющих путем последовательного умножения каждого из них на соответствующий отсчет заданного временного окна. Формируют из скорректированных последовательностей квадратурных составляющих отсчетов сигналов две комплексные последовательности отсчетов сигналов, элементы которых определяют путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей квадратурных составляющих сигналов антенных элементов. Затем обе комплексные последовательности отсчетов сигналов преобразуют с помощью дискретного преобразования Фурье. После чего попарно перемножают отсчеты сигнала преобразованной последовательности одного антенного элемента Аlr на соответствующие комплексно сопряженные отсчеты сигнала преобразованной последовательности на той же частоте другого антенного элемента Аhr, где l, h=1, 2,...М, lh. Рассчитывают для текущей пары антенных элементов разность фаз сигналов для каждой частоты поддиапазона V по формуле l,h( v)r=arctg(Uc(fv) r/Us( v)r), a значения разностей фаз сигналов l,h( v) для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках каждого пеленгаторного пункта используют в качестве первичных пространственно-информационных параметров. В качестве отсчетов временного окна используют отсчеты функции Кайзера, или Блэкмана, или Хемминга, или треугольной функции.

Благодаря новой совокупности признаков в заявленном способе достигается более полным учетом информации о поле сигнала в точках его приема. Указанные возможности реализуются при одноэтапном вычислении координат, что и обусловливает положительный эффект в виде повышения точности местоопределения ИРИ в районах с пересеченной местностью, горах, условиях городской застройки и низких отношениях сигнал/шум. 

В заявляемом устройстве определения координат источника радиоизлучения поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из R1 идентичных периферийных пеленгаторных пунктов и центрального пеленгаторного пункта, R выходов управления которого соединены со входами управления соответствующих периферийных пеленгаторных пунктов, а R информационных входов соединены с информационными выходами соответствующих периферийных пеленгаторных пунктов, причем каждый периферийный пеленгаторный пункт состоит из антенной решетки с М>2 идентичных антенных элементов, установленных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора, М входов которого подключены к соответствующим М выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, выполненные двухканальными соответственно с опорным и сигнальным каналами и соединеными последовательно, причем опорный и сигнальный входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с опорным и сигнальным выходами промежуточной частоты двухканального приемника, запоминающее устройство и блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров, первый вход которого соединен с опорным выходом блока преобразования Фурье, сигнальный выход которого соединен со вторым входом блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, информационные выходы которого соединены с информационными входами запоминающего устройства, радиомодем и дуплексный приемопередатчик, в котором первый вход является входом управления периферийного пеленгаторного пункта, первый выход - информационным выходом периферийного пеленгаторного пункта, второй вход через радиомодем соединен с информационным выходом запоминающего устройства, второй вход радиомодема соединен со вторым выходом дуплексного приемопередатчика, а второй выход радиомодема соединен с входом управления двухканального приемника, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора и синхровходами аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров и запоминающего устройства, а центральный пеленгаторный пункт выполнен содержащим антенную решетку из М>2 идентичных антенных элементов, установленных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, М входов которого подключены к соответствующим М выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, выполненные двухканальными соответственно с опорным и сигнальным каналами и соединеными последовательно, причем опорный и сигнальный входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с опорным и сигнальным выходами промежуточной частоты двухканального приемника, блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров, первый вход которого соединен с опорным выходом блока преобразования Фурье, сигнальный выход которого соединен со вторым входом блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, R+1 запоминающих устройств, R дуплексных приемопередатчиков, R радиомодемов и генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом, антенного коммутатора и синхровходами всех R+1 запоминающих устройств, аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, первые входы радиомодемов объединены и соединены с управляющим выходом двухканального приемника, вторые входы соединены со вторыми информационными выходами соответствующих дуплексных приемопередатчиков, первые входы которых являются соответствующими информационными входами центрального пеленгаторного пункта, первые выходы дуплексных приемопередатчиков являются соответствующими выходами управления центрального пеленгаторного пункта, вторые входы дуплексных приемопередатчиков соединены со вторыми информационными выходами соответствующих радиомодемов, информационные выходы блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров подключены к информационным входам первого запоминающего устройства, а первые выходы радиомодемов подключены к информационным входам соответствующих запоминающих устройств со второго по R+1-й, дополнительно введены первый сумматор, R+2-e запоминающее устройство, блок принятия решения и R+1 трактов анализа, входы синхронизации которых объединены и соединены с синхровходами первого сумматора, R+2-го запоминающего устройства, блока принятия решения и выходом генератора синхроимпульсов, группы из q информационных выходов, достаточных для передачи максимально возможного значения отклонения измеренных ППИП от эталонных, каждого тракта анализа подключены к соответствующей группе информационных входов первого сумматора, адресные входы всех R+1 трактов анализа объединены и соединены с выходом управления двухканального приемника, группа информационных входов первого тракта анализа соединена с информационными выходами первого запоминающего устройства, а группы из q информационных входов с 1-го по R+1-й трактов анализа соединены с информационными выходами соответствующих с 1-го по R+1-й запоминающих устройств, а информационные выходы первого сумматора соединены с информационными входами R+1-го запоминающего устройства, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока принятия решения, группа из q информационных выходов которого является группой информационных выходов центрального пеленгаторного пункта и устройства определения координат источника радиоизлучения, а каждый из R+1 трактов анализа содержит R+3-e и R+4-e запоминающие устройства, блок формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров, блок вычитания, умножитель и второй сумматор, причем входы вычитаемого блока вычитания являются информационными входами тракта анализа, группа из q входов уменьшаемого блока вычитания соединена с информационными выходами R+3-го запоминающего устройства, информационные входы которого соединены с информационными выходами блока формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров, группа из q информационных входов которого является группой установочных входов тракта анализа и одной из R+1 групп установочных входов центрального пеленгаторного пункта, синхровход тракта анализа соединен со входами синхронизации R+3-го и R+4-го запоминающих устройств, блока вычитания, умножителя, второго сумматора и блока формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров, информационные выходы блока вычитания тракта анализа поразрядно соединены с первой и второй группами из q информационных входов умножителя, информационные выходы которого соединены с группой из q информационных входов второго сумматора, информационные выходы которого соединены с информационными входами R+4-го запоминающего устройства, информационные выходы которого являются информационными выходами тракта анализа, а адресный вход R+3-го запоминающего устройства соединен с адресным входом тракта анализа.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводят новые элементы и связи, позволяет достичь цели изобретения: повысить точность местоопределения путем реализации одноэтапной обработки. 

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемых способа и устройства определения координат источника радиоизлучения, отсутствуют и, следовательно, заявляемый объект обладает свойством новизны.

Исследование известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемых способа и устройства, показало, что они не следуют явным образом из уровня техники, из которого не выявлена также известность влияния преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения, на достижение указанного результата, что позволяет считать заявляемый объект соответствующим условию патентоспособности "изобретательский уровень". 

Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны: 

на фиг.1 - порядок формирования элементарных зон привязки и присвоения им порядкового номера, а также порядок разбиения заданной полосы частот на поддиапазоны;

на фиг.2 - порядок формирования N эталонных массивов первичных пространственно-информационных параметров;

на фиг.3 - порядок формирования массива измеренных первичных пространственно-информационных параметров;

на фиг.4 - очередность вычисления суммы K1(f ) для первой элементарной зоны привязки n1 и частотного поддиапазона ; 

на фиг.5 - пространственный спектр сигналов на частоте fV, сформированный на основе измерения разностей фаз l, h, изм(fv) и l,h, эт(fv);

на фиг.6 - эпюры напряжений, поясняющие порядок формирования первичных пространственно-информационных параметров;

на фиг.7 - исходные данные для моделирования оцениваемого устройства определения координат источника радиоизлучения; 

на фиг.8 - зависимость аномальной ошибки оценки координат для одно- и двухэтапной обработки от соотношения сигнал/шум;

на фиг.9 - обобщенная структурная схема заявляемого устройства определения координат источника радиоизлучения при наличии R периферийных пеленгаторных пунктов;

на фиг.10 - структурная схема периферийного пеленгаторного пункта;

на фиг.11 - структурная схема центрального пеленгаторного пункта;

на фиг.12 - пары антенных элементов, используемые для обработки: а) 8-элементной антенной решетки и полнодоступного антенного коммутатора; б) 16-элементной антенной решетки при использовании неполнодоступного антенного коммутатора;

на фиг.13 - схема "случайного" расположения ненаправленных антенных элементов решетки в плоскости пеленгования;

на фиг.14 - вариант реализации 16 элементной кольцевой антенной решетки в плоскости пеленгования; 

на фиг.15 - вариант реализации 32 элементной стационарной двухкольцевой антенной решетки;

на фиг.16 - алгоритм вычисления эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров; 

на фиг.17 структурная схема блока принятия решения.

Из современного уровня развития техники известно, что местоопределение ИРИ может осуществляться следующими способами (см. Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы/ B.C. Кондратьев, А.В. Котов, Л.Н. Марков; под ред. проф. В.В. Цветнова. - М.: Радио и связь, 1986, с.203-258): дальномерным; разностно-дальномерным; угломерным; разностно-доплеровским; угломерно-дальномерным и др.

Во всех случаях точность местоопределения ИРИ ограничивается погрешностями измерения параметров сигнала: азимута или угла места , задержки сигнала , доплеровского сдвига частоты и др., а также несовершенством алгоритмов их обработки. Последнее связано прежде всего с широким использованием в силу ряда причин двухэтапной обработки. В условиях многолучевости (в городской черте, в горах), при низком отношении сигнал/шум ошибки местоопределения резко возрастают из-за многозначности (многомодовости) получаемых оценок параметров сигналов. Оператор поста или автомат вынуждены по заданному критерию принять решение о значении параметра сигнала (часто ошибочное), что влечет за собой аномальные ошибки в определении местоположения ИРИ. Вся остальная неиспользованная информация о поле сигнала (его параметрах) отбрасывается.

Повышение точности измерения местоположения, ИРИ обычно достигается за счет увеличения количества пространственно разнесенных измерителей, оптимизацией их размещения относительно зоны контроля и др. Однако увеличение количества измерителей более четырех, пяти вносит несущественный вклад в повышение точности местоопределения, возрастает себестоимость системы, затрудняется процесс управления ею.

В заявляемых способе и устройстве данное противоречие устраняется благодаря использованию одноэтапной обработки сигналов, которая базируется на использовании всей имеющейся информации о поле сигнала в точках приема.

Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом. На подготовительном этапе выполняют следующие операции. Заданную зону контроля, в рамках которой осуществляют местоопределение ИРИ (см. фиг.1а), делят на элементарные зоны привязки (см. фиг.1б). Размеры элементарной зоны привязки соответствуют предварительно заданной точности местоопределения {X, Y}, например, 100 м×100 м. На следующем этапе находят географические координаты центров элементарных зон привязки {X, Y}n и присваивают каждой из них порядковый номер (см. фиг.1б, в) из набора n=1, 2,...N.

Весь заданный диапазон частот шириной F делят на поддиапазоны, ширина которых f определяется шириной пропускания приемных трактов измерителей (пеленгаторных пунктов) или значениями стандартной сетки частот, используемой в современных радиосредствах, например, для УВЧ-диапазона она составляет 25 кГц (см. фиг.1г). Поддиапазоны, количество которых P=F/f, также нумеруют V=1, 2,..., Р.

На следующем этапе рассчитывают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров для средних частот всех поддиапазонов частот fv=f(2V-1)/2. В качестве первичных пространственно-информационных параметров используют значения разностей фаз сигналов lh(fv) для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках каждого пеленгаторного (термины «периферийный и центральный пеленгаторные пункты» в заявленных способе и устройстве условны, в их функции не входит определение пеленга и угла места ) пункта. В заявленном способе на всех пеленгаторных пунктах используют одинаковые антенные решетки размерности М, М>2. В общем случае размерность и форма решеток пеленгаторных пунктов может быть различной.

Порядок расчета эталонных первичных пространственно-информационных параметров следующий. Вводят координаты всех пеленгаторных пунктов и топологию их антенных систем (АС). Данные по топологии АС включают значения взаимных расстояний между антенными элементами решетки и ее ориентацию относительно направления на север. При использовании антенной решетки с круговой эквидистантной структурой за направление ее ориентации принимают вектор, проходящий через второй антенный элемент в направлении первого антенного элемента. Для каждого пеленгаторного пункта определяют сектор обработки сигналов по азимуту ( min, max) и необходимое разрешение (точность) вычисления углового параметра . Значения min, max и определяют исходя из места размещения пеленгаторного пункта относительно зоны контроля и требуемой точности местоопределения {X, Y}. Например, для второго пеленгаторного пункта на фиг.1а показан сектор обработки сигналов (сектор 2) в горизонтальной плоскости и значения min, max. Последние выбираются исходя из того, чтобы вся зона контроля попала в сектор обработки сигналов. Аналогично определяется необходимая точность вычисления углового параметра . Погрешность определения параметра не должна приводить к ошибкам местоопределения, превышающим площадь элементарной зоны привязки. В процессе расчета эталонных первичных пространственно-информационных параметров эталонный источник размещают поочередно в центре каждой элементарной зоны привязки с известными координатами {X, Y}n.

Вычисляют угловые параметры rn сигнала для каждого r-го пеленгаторного пункта с учетом размещения источника в n-х точках зоны контроля и его удаление Drn.

Далее для каждого углового параметра rn эталонного источника в точке n вычисляют значения разностей фаз l,h,r,n эт(fv) для всех возможных комбинаций пар антенных элементов решетки всех пеленгаторных пунктов и всех частотных поддиапазонов



где - расстояние между h-м антенным элементом и эталонным источником расположенным в n-й элементарной зоне привязки; h, l(1...M), hl, i(1...(( max- min)/)); Хin, Yin и Xh, Yh - координаты эталонного источника и антенного элемента соответственно. 

Полученные в результате расчетов (моделирования) эталонные первичные пространственно-информационные параметры ( v) оформляют в виде N эталонных массивов данных, вариант представления информации в которых показан на фиг.2. Здесь в рамках первого массива приведена очередность следования эталонной информации для первой элементарной зоны привязки n1 э по всем R+1 пеленгаторным пунктам и Р поддиапазонам частот. Порядок формирования остальных N-1 эталонных массивов данных аналогичен. Рассчет и хранение эталонных массивов осуществляется а центральном пеленгаторном пункте.

При обнаружении одного или нескольких сигналов в заданной полосе частот F формируют N массивов первичных пространственно-информационных параметров (см. фиг.3), структура представления информации в которой аналогична вышерассмотренной на фиг.2. Для этого на периферийных пеленгаторных пунктах параметры ( v), измеренные для всех сочетаний пар антенных элементов Аl,h всех Р частотных поддиапазонов, последовательно передают на центральный пеленгаторный пункт, на котором также измеряют параметры ( v) и совместно с данными, поступившими с периферийных пеленгаторных пунктов, их оформляют в N массивов первичных пространственно-информационных параметров.

Таким образом, в предлагаемом способе и устройстве первый этап обработки сигналов на пеленгаторных пунктах исключен, а вся необходимая информация о поле сигнала в точке приема, заключенная в первичных пространственно-информационных параметрах, передается на центральный пеленгаторный пункт. В рамках заявленного способа достоверность информации о поле сигнала достигается:

габаритными характеристиками (разносом между антенными элементами) антенной решетки пеленгаторного пункта;

размерностью (количеством антенных элементов М) антенной решетки пеленгаторного пункта; 

характеристиками антенных элементов и их взаимной ориентацией. 

Осуществление этих требований рассматривается ниже в рамках реализации устройства определения координат источника радиоизлучения. 

На следующем этапе реализации заявляемого способа для каждой n-й элементарной зоны привязки (см. фиг.4) и каждого частотного поддиапазона, в которых обнаружены сигналы, последовательно вычисляют разность между эталонными и измеренными первичными пространственно-информационными параметрами, которые возводят в квадрат и суммируют в соответствии с выражением



На фиг.4 иллюстрируется порядок вычисления суммы K n(fv) для первой элементарной зоны привязки n1 частного поддиапазона V.

Предположим, что в поддиапазоне V отмечена работа ИРИ. Первоначально обновляют N массивов данных первичных пространственно-информационных параметров для данной частоты. Далее в соответствии с рассмотренным правилом для всех элементарных зон привязки находят суммы Kn (fV), n=1, 2,..., N. Определяют минимальную сумму minKn(fV). Координаты местоположения центра элементарной зоны привязки, соответствующей minKn(f V), принимают за координаты местоположения обнаруженного на частоте fV источника радиоизлучения.

Таким образом, вся необходимая информация о поле сигнала из нескольких точек приема поступает на центральный пеленгаторный пункт и за один этап обработки преобразуется в искомые координаты ИРИ. При этом достигается заметное повышение точности измерений за счет более полного учета информации о поле сигнала в условиях его многолучевости и при низких отношениях сигнал/шум.

Изложенное показано на фиг.5, где представлен пространственный спектр D() V сигналов на частоте fV, сформированный на основе измерения разностей фаз в антенных элементах решетки. Он представляет из себя совокупность значений скалярных величин K (fv), находящихся в однозначной зависимости от направления прихода сигнала. Значения K (fv) вычисляются в соответствии с выражением 



где h, l(1...M), hl, i=1,...I; I - разрядность углового спектра D() V, которая определяется заданной точностью измерения пеленга , если =1°, то I=360.

Результаты получены с помощью фазового интерферометра, лежащего в основе периферийного пеленгаторного пункта заявляемого устройства. Подобные интерферометры находят применение при реализации систем с двухэтапной обработкой сигналов (см. Torrieri D.J. Principles of military communications system. Dedham, Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298 р.; Логинов Н.А. Актуальные вопросы радиоконтроля в Российской Федерации. - М.: Радио и связь, 2000, с.138-139, 142, 175-176). В этих измерителях первичные пространственно-информационные параметры l, h( v) преобразуются в пространственные параметры по минимальному значению D() v.

Из анализа фиг.5 следует, что наибелее вероятным направлением прихода сигнала является =215°. Для этого направления значение функции D() v имеет минимальное значение (68 условных единиц). Однако в спектре присутствуют несколько локальных минимумов с направлений 85°, 110°, 165° и 280°, каждый из которых с некоторой вероятностью может оказаться истинным направлением на ИРИ. Природа возникновения локальных минимумов обычно связана с многолучевостью распространения радиоволн в силу разных причин, а также резонансными явлениями в антенной решетке и др. В способе-прототипе эта информация о поле сигнала отбрасывается, а на центральный пеленгаторный пункт передается только значение . 

В предлагаемом способе вся необходимая информация о поле сигнала, заключенная в значениях первичных пространственно-информационных параметров l, h( v), передается на центральный пеленгаторный пункт. Рассмотренный выше порядок обработки параметров l, h( v) от всех R+1 пеленгаторных пунктов позволяет максимально учесть всю имеющуюся информацию о поле сигнала в пространственно разнесенных точках пространства.

Рассмотрим порядок измерения первичных пространственно-информационных параметров l, h( v). Синхронно принятые антенными элементами А l и Аh высокочастотные сигнала (см. фиг.6а) в поддиапазоне v преобразуют в электричесике сигналы промежуточной частоты (см. фиг.6б). Значение промежуточной частоты определяют характеристиками аналого-цифрового преобразователя. На следующих эпюрах фиг.6 показан порядок преобразования сигналов, принятых лишь антенным элементом Аl. Над сигналами, принятыми антенным элементом Аh, осуществляют аналогичные преобразования. 

Сигналы промежуточной частоты дискретизируют и квантуют (см. фиг.6в). Интервал дискретизации выбирают в соответствии с теоремой отсчетов (см. Введение в цифровую фильтрацию. Под ред. Р.Богнера и А.Константинидиса. -М: Мир, 1976, стр.26-27). Большинство алгоритмов цифровой обработки сигналов рассчитаны на работу с комплексными числами. Для перехода от действительных к комплексным сигналам применяют квадратурные преобразования сигналов. В свете этого из цифровых сигналов (фиг.6в) обоих каналов формируют четыре последовательности отсчетов (на. фиг 6 две из них для антенного элемента Аl представлены эпюрами "д", "ж"). В самом общем виде принимаемый сигнал (см. фиг.6а) U(t) представляется в виде:



где U(t) - огибающая амплитуды сигнала; (t) - фаза сигнала; 0 - частота, относительно которой представлены огибающая амплитуды и фаза сигнала.

Более удобная форма представления сигнала u(t) базируется на квадратурных составляющих:



где Vc(t)=U(t)cos(t) и Vs(t)=U(t)sin(t) - квадратурные составляющие сигнала. Составляющие Vc (t) и Vs(t) соответствуют действительной и мнимой частям комплексной огибающей U(t) сигнала u(t). Для этого полученные цифровые отсчеты (фиг 6в) перемножаются на цифровые отсчеты (фиг.6д, ж) двух гармонических сигналов (фиг.6г, е) одной и той же частоты, сдвинутых друг относительно друга на /2. Умножение исходного сигнала u(t) на сигнал V(t)=Acos( 0t) приводит к формированию сигнала Uc(t) вида:



Если частота 2 0 несколько превышает максимальную скорость изменения фазы (t)/2, то с помощью фильтра нижних частот можно выделить первое слагаемое в формуле (3)



Выделенный с помощью фильтра нижних частот сигнал U c1(t) с точностью до постоянного множителя совпадает с квадратурной составляющей Vc(t) (см. фиг.6з). Особенность приведенного на фиг.6 варианта разложения сигнала на квадратуры состоит в том, что фазы исходного сигнала (фиг.6б) и первого (синусоидального) гармонического сигнала совпали. В результате получен частный случай - все значения квадратурной составляющей Vc(t) положительны (см. фиг.6з).

Аналогичным образом формируют вторую квадратурную составляющую путем умножения сигнала U(t) (см. фиг.6в) на сигнал V(t)-Asin( 0t)



Результат выполнения операции (5) представлен на фиг.6и. 

Возможна и другая очередность выполнения названых операций. Аналоговый сигнал u(t) фиг.6а делят на два идентичных сигнала, после чего каждый из них умножают на соответствующий аналоговый гармонический сигнал той же частоты. Эти гармонические сигналы сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол /2 (см. фиг.6г, е). После разложения аналогового сигнала на квадратуры каждую из них оцифровывают.

В результате выполнения операций (4) и (5) формируют четыре последовательности отсчетов (по 2 на каждый антенный элемент Аl и Аh). В каждой последовательности запоминают и в дальнейшем используют для обработки заданное число В отсчетов квадратурных составляющих. Их количество определяется импульсной характеристикой используемых цифровых фильтров. Для реализации указанной операции могут применяться фильтры с конечной импульсной характеристикой. Преимущество от их применения в пеленгаторе состоит в том, что получение отсчетов с выхода фильтра требуется получать с частотой в 1000 раз меньшей, чем частота дискретизации сигнала. Для этого отсчеты каждой квадратурной составляющей (см. фиг 6з, и) сигнала перемножаются на отсчеты временного окна (фиг.6к). В качестве последнего могут быть использованы функции Хэминга, или Блекмана, или Кайзера, или треугольная или др. (см. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник /Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. - М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.).

В предлагаемом способе и МСМ в качестве временного окна используется функция



где I0[·] - модифицированная функция Бесселя первого рода и нулевого порядка;

В - число отсчетов временного окна;

- параметр, определяющий соотношение энергии в центральном и боковых лепестках АЧХ фильтра;

b - номер отсчета временного окна;

c=(F ПП-FПЗ)/FД;

FПП - граница полосы пропускания фильтра, отсчитанная от центра фильтра;

FПЗ - начало полосы задержания фильтра, отсчитанная от центра фильтра;

FД - частота дискретизации.

В результате выполнения операции умножения получают четыре скорректированные последовательности квадратурных составляющих (фиг.6л, м).

Из скорректированных последовательностей формируют две комплексные последовательности отсчетов сигналов. Для этого попарно объединяют соответствующие отсчеты скорректированных последовательностей (фиг.6л, м) квадратурных составляющих сигналов антенных элементов. После выполнения данной операции обе комплексные последовательности отсчетов преобразуют с помощью дискретного преобразования Фурье



В результате получают две преобразованные последовательности (см. фиг.6н), характеризующие спектры совокупностей сигналов, принимаемых в антенных элементах Al и Аh . Каждая из названных последовательностей несет информацию о фазе сигналов, принимаемых соответствующим антенным элементом. 

Далее попарно перемножают частотные отсчеты сигнала преобразованной последовательности (фиг.6н) одного антенного элемента Al на соответствующие комплексно сопряженные отсчеты сигнала преобразованной последовательности на той же частоте другого антенного элемента Ah (см. фиг.6р)



где l, h = 1, 2, ..., m, l h - номера антенных элементов.

На завершающем этапе для каждой пары антенных элементов расчитывают разность фаз сигналов l, h( v) для частот поддиапазона V по формуле (см. фиг.6с) 



Значение разностей фаз сигналов l, h(fV)r для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках каждого пеленгаторного пункта r используют в качестве первичных пространственно-информационных параметров.

Выполним сравнительную оценку точностных характеристик способа-прототипа и предлагаемого способа определения координат ИРИ.

Потенциальную точность оценивания координат ИРИ определяют матричной границей Крамера-Рао ФКр, равной обращенной информационной матрице Фишера:



В матрице ФКр элементом, несущим информацию о точности определения координат, является ФКр (1). В работе (см. Дубровин А.В., Сосулин Ю.Г. Одноэтапное оценивание местоположения источников радиоизлучения пассивной системой // Радиотехника и электроника, Том 43, п.12, 1998, с.1486-1494) показано, что двухэтапный и одноэтапный алгоритмы оценивания имеют одинаковую точность, описываемую ФКр (1) , при достаточно большом отношении сигнал/шум. Однако при малом отношении сигнал/шум ФКр (1) перестает характеризовать точностные характеристики измерителей. В настоящее время аналитические исследования таких ситуаций отсутствуют, в связи с чем сравнение алгоритмов возможно выполнить лишь на основе моделирования.

Исходные данные для моделирования были выбраны следующим образом. Рассмотрению подлежала система местоопределения на плоскости. Она содержала пять разнесенных в пространстве пеленгаторных пунктов (на которых измеряются первичные пространственно-информационные параметры). Координаты источника радиоизлучения Хn=30 км, Yn=30 км (см. фиг.7); - координаты пяти измерителей, выраженные в км; размер контролируемой площади 120×120 км, центральная частота сигнала - 100 МГц (=1,5 м), антенная решетка каждого измерителя представляла собой четыре разнесенных на 0,6 м антенных элемента (d=0,6 м). Сигнал и шумы имели прямоугольные спектры, ширина которых 2 F=128 кГц, отношение сигнал/шум одинаково для всех измерителей. В двухэтапном алгоритме вначале оптимально (методом максимального правдоподобия) оценивается пеленг - направление прихода сигнала. На втором этапе на центральном измерителе на основе полученных значений вычислялись координаты ИРИ. В одноэтапном алгоритме оценка местоположения излучателя проводилась путем сканирования по координатам Z (элементарным зонам привязки n) с целью поиска оценки Z, максимизирующей функцию правдоподобия.

В качестве критерия качества работы обоих алгоритмов оценивания выбиралась вероятность аномальной оценки координат ИРИ, под которой понимается вероятность того, что модуль ошибки где и xn, yn - соответственно измеренные и истинные координаты ИРИ, превышает величину - диагональные элементы матрицы ФКр (1) .

На фиг.8 показана зависимость вероятности аномальной ошибки оценки координат Ран способа-прототипа (кривая 1) и заявляемого способа (кривая 2) от соотношения сигнал/шум . Как видим, для выбранных условий предлагаемый способ местоопределения ИРИ имеет преимущество перед способом-прототипом примерно 4-6 дБ. Это объясняется тем, что при уменьшении отношения сигнал/шум ниже порогового значения помимо основного максимума функции правдоподобия, соответствующего истинным параметрам сигнала, начинают проявляться ложные моды, расположенные произвольно в пространстве поиска и соизмеримые по своему уровню. При высоких отношениях сигнал/шум (10) эффективность заявляемого способа местоопределения ИРИ соизмерима с эффективностью способа-прототипа.

Заявляемое устройство, показанное на фиг.9, 10 и 11 состоит из центрального пеленгаторного пункта и R периферийных пеленгаторных пунктов. Центральный пеленгаторный пункт (см. фиг.11) содержит антенную решетку (АР) 1, выполненную из М идентичных антенных элементов (АЭ) в количестве более двух, расположенных в плоскости пеленгования (азимутальной плоскости). Антенный коммутатор (АК) 2 содержит М входов и два выхода, один из которых выбран опорным, а второй - сигнальным. Выходы антенных элементов АР 1 подсоединены к соответствующим входам АК 2. Выходы коммутатора 2 соединены соответственно с двумя входами приемника 3, выполненного двухканальным с опорным и сигнальным каналами и с общими гетеродинами. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4 и блок преобразования Фурье 5 выполнены двухканальными и соединены последовательно, причем опорный выход промежуточной частоты двухканального приемника 3 соединен с первым входом АЦП 4, второй вход которого соединен с сигнальным выходом промежуточной частоты двухканального приемника 3. Первое запоминающее устройство (ЗУ) 7/1 и блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров 6, первый информационный вход которого соединен с первым выходом блока преобразования Фурье 5, второй выход которого соединен со вторым информационным входом блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров 6. Группа из q информационных выходов блока 6 соединена с информационными входами первого запоминающего устройства 7/1. Генератор синхроимпульсов 9, R дуплексных радиостанций 13/1-13/R, R радиомодемов 14/1-14/R и R запоминающих устройств 7/2-7/R+1. Каждая дуплексная радиостанция 13 содержит первый вход, который является соответствующим информационным входом центрального пеленгаторного пункта, второй вход соединен со вторым выходом соответствующего радиомодема 14. Первый выход блока 13 является соответствующим управляющим выходом центрального пеленгаторного пункта, а второй выход соединен со вторым входом соответствующего радиомодема 14. Первые входы радиомодемов 14 объединены и соединены с управляющим выходом двухканального приемника 3. Первые выходы радиомодемов 14/1-14/R соединены с информационными входами соответствующих запоминающих устройств 7/2-7/R+1. Выход генератора синхроимпульсов 9 соединен со входом управления антенного коммутатора 2 и синхровходами всех R+1 запоминающих устройств 7/1-7/R+1, АЦП 4, блока преобразования Фурье 5 и блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров 6.

Для повышения точности местоопределения дополнительно введены R+1 тракт анализа 8/1-8/R+1, R+1-я группа установочных входов 10/1-10/R+1, первый сумматор 15, R+2-e запоминающее устройство 16, блок принятия решения 17 и R+2-я группа установочных входов 18. Группа информационных выходов 19 блока 17 является группой информационных выходов центрального пеленгаторного пункта и устройства определения координат источника радиоизлучения. Информационные входы трактов анализа 8/1-8/R+1 соединены с информационными выходами соответствующих с 7/1 по 7/R+1 запоминающих устройств. Входы синхронизации трактов анализа 8 объединены и соединены с синхровходами первого сумматора 15, R+2-го запоминающего устройства 16, блока принятия решения 17 и выходом генератора синхроимпульсов 9. Адресные входы всех R+1 трактов анализа 8 объединены и соединены с выходом управления двухканального приемника 3. Информационные выходы трактов анализа 8 подключены к соответствующим группам входов первого сумматора 15. Информационные входы R+2-го запоминающего устройства 16 соединены с информационными выходами первого сумматора 15. Первая группа информационных входов блока принятия решения 17 подсоединена к информационным выходам R+2-го запоминающего устройства 16. Вторая группа информационных входов 18 является R+2-й установочной шиной центрального пеленгаторного пункта и устройства определения координат источника радиоизлучения, а группа информационных выходов 19 является группой информационных выходов центрального пеленгаторного пункта и устройства определения координат источника радиоизлучения.

Каждый тракт анализа 8 содержит блок вычитания 20, умножитель 21, второй сумматор 22, R+3-e и R+4-e запоминающие устройства 23 и 25, блок формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров 24. Группа информационных входов блока 24 является группой установочных входов 10 тракта анализа 8 и центрального пеленгаторного пункта. Информационные выходы блока формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров 24 подключены к информационным входам R+4-го запоминающего устройства 25. Группа входов вычитаемого блока вычитания 20 являются группой информационных входов тракта анализа 8, а группа входов уменьшаемого блока 20 соединена с информационными выходами R+4-го запоминающего устройства 25. Умножитель 21 выполняет функцию квадратора, для чего обе группы информационных входов поразрядно объединены и соединены с информационными выходами блока вычитания 20. Информационные выходы блока 21 соединены с информационными входами второго сумматора 22. Информационные входы R+3-го запоминающего устройства 23 подключены к информационным выходам второго сумматора 22, а информационные выходы блока 23 являются информационными выходами тракта анализа 8. Вход синхронизации тракта анализа 8 соединен с синхровходами блока вычитания 20, умножителя 21, второго сумматора 22, R+3-го и R+4-го запоминающих устройств 23 и 25 соответственно, блока формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров 24. 

Периферийный пеленгаторный пункт (фиг.10) содержит антенную решетку 26, выполненную из М антенных элементов в количестве более двух, расположенных в плоскости пеленгования. Антенный коммутатор 27 содержит М входов и два выхода, один из которых выбран опорным, а второй - сигнальным. Выходы АЭ антенной решетки 26 подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора 27. Выходы блока 27 соединены соответственно с двумя сигнальным и опорным входами приемника 28, выполненного двухканальным с опорным и сигнальным каналами и с общими гетеродинами. Аналого-цифровой преобразователь 29 и блок 30 преобразования Фурье выполнены двухканальными и соединены последовательно, причем опорный выход промежуточной частоты двухканального приемника 28 соединен с первым входом АЦП 29, второй вход которого соединен с сигнальным выходом промежуточной частоты блока 28. Блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров 31 и запоминающее устройство 32, информационные входы которого соединены с информационными выходами блока 31. Первый и второй информационные входы блока 31 соединены с соответствующими выходами блока преобразования Фурье 30. Генератор синхроимпульсов 33, радиомодем 34 и дуплексная радиостанция 35. Первый вход 37 дуплексной радиостанции 35 является управляющим входом периферийного пеленгаторного пункта, а первый выход 36 - информационным выходом периферийного пеленгаторного пункта. Первый выход радиомодема 34 соединен со вторым входом дуплексной радиостанции 35, второй выход которой соединен со вторым входом радиомодема 34. Второй выход радиомодема соединен со входом управления двухканального приемника 28, а первый вход - с информационным выходом запоминающего устройства 32. Синхровход запоминающего устройства объединен с синхровходами блоков 29, 30 и 31, входом управления антенного коммутатора 27 и выходом генератора синхроимпульсов 33.

Заявленное устройство, структурно представленное на фиг.9, содержит R идентичных периферийных пеленгаторных пунктов (ППП) и один центральный пеленгаторный пункт (ЦПП), структурные схемы которых представлены на фиг.10, 11 соответственно. Пеленгаторные пункты связаны между собой каналами связи, с помощью которых реализуется система управления типа «Звезда». С этой целью используется радиосвязь типа RADIOETHERNET на частотах 2,4 ГГц.

В процессе работы предлагаемого устройства ЦПП осуществляется поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот F. При обнаружении сигнала на частоте fv ЦПП формирует команду управления всеми ППП на их перестройку на данную частоту, которую передает на частотах f1, f2,...f i. В простейшем случае она может представлять из себя код частоты fv. ППП перестраиваются на частоту f v и измеряют первичные пространственно-информационные параметры l, h(fv)r, несущие всю необходимую информацию о поле сигнала в точках его приема. Результаты измерений со всех ППП в полном объеме передаются на ЦПП на частотах f 2, f4,...fj+1. Здесь по рассмотренному выше алгоритму в один этап определяется местоположение ИРИ.

Рассмотрим работу ЦПП (см. фиг.11). Перед началом работы ЦПП и заявленного устройства в целом осуществляется описание пространственных характеристик антенных решеток 1(26) всех используемых пеленгаторных пунктов. С этой целью определяется местоположение каждого пеленгаторного пункта, например, с помощью устройства топопривязки GPS (см. GPS навигаторы 12, 12XL. Руководство пользователя. JJ-CONNECT т.(095)208-81-36. E-mail: admin@jj-connect.ru http://www.jjconnect.ru). Измеряются взаимные расстояния между антенными элементами решетки 1(26), определяется склонение антенной решетки относительно направления на север. Результаты измерений со всех ППП передаются на ЦПП и по соответствующим шинам 10/2,...,10/R+1 поступают на входы блоков формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров 24 соответствующего тракта анализа 8. Характеристики антенной решетки 1 ЦПП вводятся через шину 10/1 первого тракта анализа. По установочной шине 18 в блок 17 вводят координаты центров элементарных зон привязки. В блоках 24 трактов анализа по рассмотренному выше алгоритму вычисляются эталонные наборы первичных пространственно-информативных параметров, которые в дальнейшем хранятся в запоминающих устройствах 25. Пусть в результате сканирования двухканального приемника 3 (см. фиг.11) в заданной полосе частот F на частоте fv обнаружен сигнал. Код частоты f v с выхода управления блока 3 поступает на первые входы радиомодемов 14/1-14/R. Здесь осуществляется его преобразование и согласование с входными характеристиками дуплексных приемопередатчиков 13/1-13/R. Поступившие на второй вход радиостанций 13 сформированные сигналы управления с выходов соответствующих радиомодемов 14 излучаются по радионаправлениям на частотах f1, f 3,..., fi.

Рассмотрим порядок измерения первичных пространственно-информативных параметров на ЦПП. Принимаемые антенной решеткой 1 сигналы на частоте fv поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 2. Антенный коммутатор 2 обеспечивает синхронное подключение в едином промежутке времени любых пар антенных элементов к опорному и сигнальному выходам. В результате последовательно во времени на оба сигнальных входа приемника 3 поступают сигналы со всех возможных пар АЭ решетки 1 (см. фиг.12). При этом все АЭ периодически выступают в качестве сигнальных, так и в качестве опорных (при условии использования полнодоступного антенного коммутатора 2). Этим достигается максимальный набор статистики о пространственных параметрах электромагнитного поля.

Сигналы (см. фиг.6а), поступившие на вход приемника 3, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту (см. фиг.6б), например, 10,7 МГц. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты приемника 3 сигналы поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 4, где синхронно преобразуются в цифровую форму (см. фиг.6в). Полученные цифровые отсчеты сигналов антенных элементов Аl и Аh, в блоке 4 перемножаются на цифровые отсчеты (см. фиг.6д, ж) двух гармонических сигналов одной и той же частоты (см. фиг.6г, е), сдвинутые друг относительно друга на угол /2. На фиг.6з представлены результаты выполнения этой операции (выражения 4 и 5).

В результате в блоке 4 формируются четыре последовательности отсчетов (квадратурные составляющие сигналов от двух антенных элементов Аl и Ah). Для реализации необходимой импульсной характеристики цифровых фильтров в АЦП 4 выполняют операцию перемножения отсчетов каждой квадратурной составляющей сигнала (фиг.6з, и) на соответствующие отсчеты временного окна (см. фиг.6к). Результаты выполнения в блоке 4 этой операции приведены на фиг.6л, м.

На завершающем этапе в блоке 4 формируют две комплексные последовательности отсчетов путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей, которые поступают на соответствующие входы блока преобразования Фурье 5.

В результате выполнения в блоке 5 операции (7) получают две преобразованные последовательности (см. фиг.6н). Последние характеризуют спектры сигналов, принимаемых в антенных элементах Аl и Аh, а следовательно, и их фазовые характеристики. Однако этого недостаточно для измерения разности фаз сигналов в парах антенных элементов Аl и Аh. Последнее предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов (выражение 8) и на ее основе определение l, h(fv)r в соответствии с выражением 9. Эти операции и выполняются блоком 6, на выходах которого формируются значения первичных пространственно-информационных параметров l, h(fv) для всех возможных сочетаний пар антенных элементов l, h=1,..., М: lh. Значения параметров l, h(fv), измеренные на ЦПП, записываются в первое запоминающее устройство 7/1.

Результаты измерения первичных пространственно-информационных параметров на частоте fv ППП передаются на ЦПП по соответствующим радионаправлениям. Их прием на ЦПП осуществляется с помощью дуплексных радиостанций 13/1-13/R и соответствующих им радиомодемов 14/1-14/R. Принятые значения l,h(fv)r записываются в соответствующие запоминающие устройства 7/2-7/R+1. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных первичных пространственно-информационных параметров, приведенных на фиг.3. После завершения данной операции с поступлением очередного синхроимпульса блока 9 измеренные параметры l,h(fv)r поступают на информационные входы соответствующих трактов анализа 8.

Основное предназначение трактов анализа 8 состоит в том, чтобы оценить степень отличия измеренных параметров l,h,изм(fv)r (см. фиг.3) от эталонных значений l,h,эт(fv)r (см. фиг.2), рассчитанных для всех элементарных зон привязки N. Данная операция осуществляется в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.4 следующим образом. Эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров, хранящиеся в запоминающем устройстве 25, поступают на вход уменьшаемого блока вычитания 20. На вход вычитаемого блока 20 поступают измеренные значения l,h,изм(fv)r. Операция вычитания осуществляется в строгом соответствии с порядком формирования пар АЭ. Например, из l,h, изм(fv)3 поочередно вычитаются только значения l,h, изм(fv)3 для всех элементарных зон привязки.

На следующем этапе полученные разности возводятся в квадрат в блоке умножения 21. Данная операция необходима для того, чтобы все результаты операции вычитания имели положительное значение. В противном случае могла возникнуть бы ситуация, когда сумма положительных и отрицательных разностей l,h,изм(fv)r- l,h,эт(fv)r компенсировали друг друга. Для возведения в квадрат каждый результат вычитания умножается на себя в блоке 21. Полученные квадраты разностей складываются во втором сумматоре 22 и записываются в запоминающее устройство 23. Аналогичные операции выполняются во всех трактах анализа 8. Синхронизация элементов трактов 8 осуществляется с помощью импульсов генератора синхроимпульсов 9.

Результаты вычислений в трактах анализа 8 поступают на соответствующие группы информационных входов первого сумматора 15. Здесь на каждой группе информационных входов присуствует информация об суммарном отличии измеренных и эталонных параметров на частоте fv для каждой элементарной зоны привязки n соответствующего пеленгаторного пункта r. Задача сумматора 15 состоит в том, чтобы просуммировать полученные отличия в параметрах всех пеленгаторных пунктов по каждой элементарной зоне привязки n.

Результаты суммирования в блоке 15 поступают на информационные входы запоминающего устройства 16, где хранятся до поступления следующей управляющей команды двухканального приемника 3. Блок 17 на первом этапе осуществляет сравнение всех хранящихся в запоминающем устройстве 16 сумм и выбирает среди них минимальную. Номера ячеек памяти в блоке 16 находятся в однозначном соответствии с номерами элементарных зон привязки, что позволяет блоку 17 принять решение о наиболее вероятном местоположении ИРИ в зоне контроля. На втором этапе в блоке 17 осуществляется переход от номера элементарной зоны привязки к координатам {XY}n центра этой зоны. Эта операция реализуется благодаря использованию априорной информации о координатах центров элементарных зон привязки, поступившей на информационные входы 18 блока 17 на подготовительном этапе. На выходе 19 формируются данные о координатах ИРИ.

Работа периферийного пеленгаторного пункта осуществляется следующим образом. Пусть на вход 37 ППП (первый вход дуплексного приемопередатчика 35) поступила команда управления от ЦПП настроиться на fv. Принятая в блоке 35, она поступает на второй вход радиомодема 34. Здесь она преобразуется (демодулируется) в кодовую последовательность частоты fv с согласованным уровнем, которая поступает на управляющий вход двухканального приемника 28. По этой команде оба канала блока 28 настраиваются на частоту fv и осуществляется прием сигналов и измерение их первичных пространственно-информационных параметров. Порядок измерения параметров l,h(fv)r полностью совпадает с выполнением этой операции на ЦПП. Состав блоков и последовательность их работы описаны выше при описании работы ЦПП. Измеренные значения l,h(fv)r записываются в запоминающее устройство 32, которое выполняет функцию буферной памяти. После завершения операции измерения первичных пространственно-информационных параметров значения l, h(fv)r через радиомодем 34, где осуществляется модуляция видеосигнала, и дуплексный приемопередатчик 35 передаются на ЦПП. Синхронизация работы блоков ППП осуществляется с помощью импульсов генератора синхроимпульсов 33.

В устройстве, реализующем предложенный способ, используются известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе. Варианты реализации антенных элементов и антенной решетки 1(26) широко рассмотрены в литературе (см. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997; Torrieri D.J. Principles of military communications system. Dedham, Massachusetts Artech Hause, inc., 1981. - 298 p.). В качестве антенных элементов целесообразно использовать один из типов антенн: симметричные или несимметричные вибраторы, дискоконусные АЭ, биконические АЭ и др. Выбор АЭ определяется заданным частотным диапазоном (коэффициентом перекрытия), конструктивными особенностями антенной решетки. В общем случае размещение АЭ в горизонтальной плоскости может быть произвольным (см. фиг.13). Количество используемых антенных элементов М и расстояния между ними определяются заданной точностью пеленгования {X, Y}, диапазоном рабочих частот F и эффектом взаимного влияния АЭ друг на друга. Последнее определяет минимальное расстояние между АЭ решетки 1 (26) dmin .

Для обеспечения наиболее высокой и равной со всех направлений точности пеленгования целесообразно исполнение АР 1(26) с кольцевым размещением АЭ (см. фиг.14).

Важным аспектом выполнения АР 1(26) является реализация коэффициента перекрытия Кпер частотного диапазона. В случаях, когда Кпер задается равным 10 и более необходимо использовать многокольцевую структуру АР. Вариант стационарной АР 1 (26) с двойной кольцевой структурой приведен на фиг.15, где обеспечивается Кпер близкий к 20.

Анализ зависимости количества АЭ М и Кпер (по уровню взаимного влияния АЭ в нижней части рабочего диапазона частот и неоднозначности получаемых оценок в его верхней части) показал, что для устранения названных негативных явлений и их влияния на точность пеленгования при Кпер=10 необходимо использовать не менее 8 АЭ совместно с полнодоступным антенным коммутатором и 16 АЭ - при использовании неполнодоступного коммутатора.

Антенный коммутатор 2 (27) обеспечивает синхронное подключение в едином промежутке времени любых пар АЭ к опорному и сигнальному выходам. Реализация АК 2 (27) широко известна (см. Вениаминов В.Н. и др., Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1989, - 240 с.; Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.). Двухканальный приемник 3 (28) может быть реализован с помощью двух полупрофессиональных приемников IC-R8500 фирмы ICOM (см. Cammunication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). При этом первый и второй гетеродины одного из приемников используются одновременно в качестве первого и второго гетеродинов второго приемника. Кроме того, в качестве приемника 3 (28) могут попарно использоваться и другие приемники фирмы ICOM: IC-R7000, IC-RCR1000. 

Двухканальные аналого-цифровой преобразователь 4 и блок преобразования Фурье 5 (30), а также блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров 6 (31) и запоминающее устройство 7/1 (32) реализуется с помощью стандартных плат: субмодуля цифрового приема ADMMDDC2WB и ADP60PCIv3.2 на процессоре Sharc ADSP - 21062. Руководство пользователя (см. e-mail: insys@arc.ru www - сервер: www.insys.ru). Субмодуль ADMMDDC2WB реализует функции блока 4 (29) и содержит микросхемы DIGITAL DOWN CONVERTER (DDC) AD 6620 фирмы Analog Devices для извлечения части полосы частот из широкой входной полосы сигнала промежуточной частоты 10,7 МГц приемника 3 (28) IC-R8500, преобразования этой полосы в полосу модулирующих частот и вывод ее в квадратуре (выражения 4 и 5). Данная операция осуществляется путем умножения оцифрованного сигнала на квадратурное опорное колебание внутреннего генератора DDC.

Субмодуль цифрового приема ADMDDC2WB используется в несущих платах типа ADP6015A, ADP60PCI, ADP62PCI. Базовый модуль на базе платы ADP62PCIv3.2 на процессе Share ADSP - 21062 реализует функцию дискретного преобразования Фурье (выражение 7, блок 5(30)), операцию умножения на комплексно-сопряженную пару отсчетов каналов (выражение 8, блок 6 (31)), нахождение разности фаз сигналов l,h,изм(fv)r (выражение 9, блок 6 (31), а также запоминание измеренных значений разности фаз (функция блока 7/1 (32)).

Построение генераторов синхроимпульсов 9 (33) известно и широко освещено в литературе (Радиоприемные устройства: Учебное пособие по радиотехнике. Спец. ВУЗов / Ю.Т. Давыдов и др. - М.: Высшая школа, 1989, - 342 с.; Функциональные узлы адаптивных компенсаторов помех: Часть II. В.В. Никитченко. - Л.: ВАС, 1990. -176 с.).

Дуплексные радиостанции 13/1 - 13/R и 35 реализуются с помощью радиостанции IC-F310S фирмы ICOM (см. Instruction Manual. VHP Transceiver IC-F310S. Icom Ins. 1-1-32 Kamiminami, Hirano-ku, Osaka 547-0003 Japan). Блоки 13/1-13/R и 35 могут быть также реализованы с помощью других дуплексных радиостанций фирмы ICOM: IC-F320S, IC-F410S, IC-F420S. 

Радиомодемы 14/1-14/R и 34 могут быть реализованы на базе изделия Kantronics КРС-3 Plus (см. Users Guide: Introduction, Getting Started, Modes of Operation, Command Reference, and Hardware Specifications. Orders/Inguiries (785) 842-7745, Fax (785) 842-2031 e-mail sales@kantronics, corn, website: www. Kantronics. com.). 

Первый и второй сумматоры 15 и 22, блок вычитания 20 реализуются по известным схемам (см. Рэд. Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. -256 с.).

Запоминающие устройства 7/2-7/R+1 и 16 представляют из себя буферные запоминающие устройства, реализация которых известна (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с.). Умножитель 21 реализует операцию возведение в квадрат, а его выполнение освещено в книге Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.). 

Блок формирования эталонного набора первичных пространственно-информативных параметров 24 предназначен для создания таблиц эталонных значений разностей фаз l,h,n,эт(fv)r. Для соответствующего r-го пеленгаторного пункта, различных пар антенных элементов l, h=1, 2,..., М; lh, различных поддиапазонов частот V и всех элементарных зон привязки n в соответствии с фиг.2. На подготовительном этапе по соответствующей группе установочных входов 10/r задаются следующие исходные данные для каждого блока 24, а следовательно, и для каждого пеленгаторного пункта:

сектор обработки по азимуту { min, max};

точность нахождения углового параметра ; 

удаление эталонных источников Rhni;

топология размещения антенных элементов;

координаты местоположения ППП и ЦПП {X, Y}r.

Величины { min, max}r задаются для каждого пеленгаторного пункта пользователем устройства определения координат ИРИ. Их значения зависят от местоположения ПП относительно зоны контроля. Точность нахождения углового параметра АО для каждого ПП зависит от заданной точности местоопределения ИРИ {X, Y}, размещения ПП относительно зоны контроля и ограничивается инструментальной точностью. Последняя в свою очередь определяется типом (размерами и геометрией) используемой АР 1 (26) и характеристиками АЭ, частотным диапазоном F, условиями распространения радиоволн, видом модуляции сигнала и т.д. Задача соответствующего блока 24 r-го тракта анализа 8/r состоит в том, чтобы для данного ПП, каждого частотного поддиапазона f V, каждой элементарной зоны привязки n и заданной топологии АР 1 (26), координат ее местоположения {X, Y)r с дискретой по азимуту r рассчитать идеальные (эталонные) значения разностей фаз эт(fV)r для всех пар антенных элементов с учетом того, что эталонный источник последовательно размещается в центрах всех элементарных зон привязки.

Блок 24 тракта анализа 8 может быть выполнен в виде автомата на базе микропроцессора (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990, - 512 с.) и работающего в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.16. В качестве последнего может быть использован высокопроизводительный 16-разрядный микропроцессор К1810ВМ86 (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.).

Блок принятия решения 17 выполняет две основных функции:

определяет номер ячейки ЗУ 16 с минимальной суммой Kn(fV), соответсвующей номеру элементарной зоны привязки n, в которой наиболее вероятно нахождение ИРИ;

находит координаты центра данной элементарной зоны привязки {X, Y}n и выдает их в качестве координат ИРИ.

Структурная схема блока принятия решения 17 приведена на фиг.17. Он содержит блок поиска минимума 38, счетчик импульсов 39, запоминающие устройства 40 и 41 и блок элементов И 42. Работа блока принятия решения осуществляется следующим образом. На счетный вход счетчика 39 и синхровход блока поиска минимума поступают импульсы с выхода генератора 9. На информационных входах блока поиска минимума поочередно поступают коды чисел Kn(fV), n=1, 2,..., N. Данная операция синхронизирована поступлением синхроимпульсов блока 9 на соответствующие входы блоков 16 и 38. Если в результате выполнения операции сравнения в блоке 38 в момент времени t1 принимается решение о том, что текущее содержимое очередной ячейки Kn(fV ) меньше предыдущих, на выходе блока 38 формируется импульс управления, поступающий на управляющие входы ЗУ 40 и 41. В блоке 40 записаны значения координат центров элементарных зон привязки. При этом номера ячеек памяти блока 40 соответствуют номерам элементарных зон привязки зоны контроля. На адресные входы блока 40 в момент времени t1 поступает код числа с выхода счетчика 39, содержимое которого и определяет номер элементарной зоны привязки (номер ячейки памяти блока 16 с минимальной суммой Kn (fV)). В результате содержимое с координатами центра данной элементарной зоны {X, Y}n по управляющему сигналу блока 38 переписываются в буферное запоминающее устройство 41. Процесс сравнения в блоке 38 продолжается далее до полного перебора всех сумм, хранящихся в блоке 16, для избежания принятия решения по локальному минимуму. По очередному минимальному значению, обнаруженному блоком 38, переписываются координаты {X, Y} соответствующей элементарной зоны привязки. Емкость счетчика 39 соответствует количеству элементарных зон привязки N. После заполнения счетчика 39 на его выходе формируется сигнал обнаружения, который обнуляет счетчик и одновременно поступает на управляющие входы блок элементов И 42. В результате координаты центра элементарной зоны привязки с выхода блока 41, соответствующие минимальной сумме, поступают на выход блока 17. Реализация блока поиска минимума известна. Он может быть реализован по пирамидальной схеме с использованием быстродействующих компараторов (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Радио и связь. 1990. - 512 с.). Счетчик импульсов 39 емкостью N может быть реализован с помощью последовательного подключения необходимого количества (см. Справочник по интегральным микросхемам /Б.В. Тарабрин, С.В. Якубовский, Н.А. Барканов и др.; под ред. Б.В. Тарабрина. - 2-е изд., переаб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 816 с.). Запоминающие устройства 40 и 41 могут быть реализованы на стандартной элементной базе 565 и 541 серий соответственно (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник /А.Ю. Гордонов и др.: Под ред. А.Ю. Гордонова - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.). Блок 42 может быть реализован набором элементарной логики микросхем 155 серии (см. Справочник по интегральным микросхемам /Б.В. Тарабрин, С.В. Якубовский, Н.А. Барканов и др.; под ред. Б.В. Тарабрина, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 816 с.).




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ определения координат источника радиоизлучения в заданной зоне контроля, включающий прием сигналов источников радиоизлучений в заданной полосе частот F группой из R1 взаимосвязанных периферийных и центрального пеленгаторных пунктов с известным их местоположением, измерение первичных пространственно-информационных параметров, отличающийся тем, что предварительно вычисляют количество N=S/S0 элементарных зон привязки, где S и S0 - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, а также определяют координаты местоположения центров элементарных зон привязки, присваивают каждой элементарной зоне привязки порядковый номер n=1, 2,...N, рассчитывают для центрального и R периферийных пеленгаторных пунктов, антенная система каждого из которых включает M>2 антенных элементов, значения эталонных первичных пространственно-информационных параметров на выходах Arm-го антенного элемента, где r=1, 2,...R+1; m=1, 2,...M, относительно координат местоположения центров каждой элементарной зоны привязки, причем эталонные первичные пространственно-информационные параметры рассчитывают для средних частот fv=f(2V-1)/2, где V=1, 2,...P, P=F/f - число частотных поддиапазонов; f F - ширина частотного поддиапазона, при обнаружении сигнала источника радиоизлучения на частоте fv измеряют первичные пространственно-информационные параметры на выходах Arm-х антенных элементов, причем измеренные первичные пространственно-информационные параметры на выходах антенных элементов периферийных пеленгаторных пунктов передают на центральный пеленгаторный пункт, для каждой n-й элементарной зоны привязки вычисляют разность между эталонными и измерительными первичными пространственно-информационными параметрами, полученные разности возводят в квадрат и суммируют, выделяют из N полученных сумм Kn(fv) минимальную, а координаты местоположения центра элементарной зоны привязки, соответствующей минимальной сумме, принимают за координаты местоположения обнаруженного источника радиоизлучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для измерения первичных пространственно-информационных параметров в соответствующем поддиапазоне частот f v для каждой пары антенных элементов всех пеленгаторных пунктов синхронно принятые высокочастотные сигналы преобразуют в электрические сигналы промежуточной частоты, дискретизируют их и квантуют, после чего формируют из них четыре последовательности отсчетов путем разделения на квадратурные составляющие, запоминают в каждой последовательности предварительно заданное число В отсчетов квадратурных составляющих сигналов, корректируют запомненные отсчеты последовательностей квадратурных составляющих путем последовательного умножения каждого из них на соответствующий отсчет заданного временного окна, формируют из скорректированных последовательностей квадратурных составляющих отсчетов сигналов две комплексные последовательности отсчетов сигналов, элементы которых определяют путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей квадратурных составляющих сигналов антенных элементов, после чего обе комплексные последовательности отсчетов сигналов преобразуют с помощью дискретного преобразования Фурье, попарно перемножают отсчеты сигнала преобразованной последовательности одного антенного элемента Alr на соответствующие комплексно сопряженные отсчеты сигнала преобразованной последовательности на той же частоте другого антенного элемента Ahr, где l, h=1, 2,...M, 1h, рассчитывают для текущей пары антенных элементов разность фаз сигналов для каждой частоты поддиапазона V по формуле l, h(fv)r=arctg(U c(fv)r/(Us(f v)r), а значения разностей фаз сигналов l, h(fv) для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках каждого пеленгаторного пункта используют в качестве первичных пространственно-информационных параметров.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве отсчетов временного окна используют отсчеты функции Кайзера, или Блекмена, или Хеминга, или треугольной функции.

4. Устройство определения координат источника радиоизлучения, включающее R1 идентичных периферийных пеленгаторных пунктов и центральный пеленгаторный пункт, R выходов управления которого соединены со входами управления соответствующих периферийных пеленгаторных пунктов, а R информационных входов соединены с информационными выходами соответствующих периферийных пеленгаторных пунктов, причем каждый периферийный пеленгаторный пункт состоит из антенной решетки с М>2 идентичными антенными элементами, установленными в плоскости пеленгования, антенного коммутатора, М входов которого подключены к соответствующим М выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, выполненные двухканальными соответственно с опорным и сигнальным каналами и соединенными последовательно, причем опорный и сигнальный входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с опорным и сигнальным выходами промежуточной частоты двухканального приемника, запоминающее устройство и блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров, первый вход которого соединен с опорным выходом блока преобразования Фурье, сигнальный выход которого соединен со вторым входом блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, информационные выходы которого соединены с информационными входами запоминающего устройства, радиомодем и дуплексный приемопередатчик, в котором первый вход является входом управления периферийного пеленгаторного пункта, первый выход - информационным выходом периферийного пеленгаторного пункта, второй вход через радиомодем соединен с информационным выходом запоминающего устройства, второй вход радиомодема соединен со вторым выходом дуплексного приемопередатчика, а второй выход радиомодема соединен с входом управления двухканального приемника, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора и синхровходами аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров и запоминающего устройства, а центральный пеленгаторный пункт выполнен содержащим антенную решетку из М>2 идентичных антенных элементов, установленных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, М входов которого подключены к соответствующим М выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к опорному и сигнальному входам двухканального приемника, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, выполненные двухканальными соответственно с опорным и сигнальным каналами и соединенные последовательно, причем опорный и сигнальный входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с опорным и сигнальным выходами промежуточной частоты двухканального приемника, блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров, первый вход которого соединен с опорным выходом блока преобразования Фурье, сигнальный выход которого соединен со вторым входом блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, R+1 запоминающих устройств, R дуплексных приемопередатчиков, R радиомодемов и генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора и синхровходами всех R+1 запоминающих устройств, аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров, первые входы радиомодемов объединены и соединены с управляющим выходом двухканального приемника, вторые входы соединены со вторыми информационными выходами соответствующих дуплексных приемопередатчиков, первые входы которых являются соответствующими информационными входами центрального пеленгаторного пункта, первые выходы дуплексных приемопередатчиков являются соответствующими выходами управления центрального пеленгаторного пункта, вторые входы дуплексных приемопередатчиков соединены со вторыми информационными выходами соответствующих радиомодемов, информационные выходы блока вычисления первичных пространственно-информационных параметров подключены к информационным входам первого запоминающего устройства, а первые выходы радиомодемов подключены к информационным входам соответствующих запоминающих устройств со второго по (R+1)-й, отличающееся тем, что дополнительно введены первый сумматор, (R+2)-e запоминающее устройство, блок принятия решения и R+1 трактов анализа, входы синхронизации которых объединены и соединены с синхровходами первого сумматора, (R+2)-го запоминающего устройства, блока принятия решения и выходом генератора синхроимпульсов, группы из q информационных выходов, достаточных для передачи максимально возможного значения отклонения измеренных первичных пространственно-информационных параметров от эталонных, каждого тракта анализа подключены к соответствующей группе из q информационных входов первого сумматора, адресные входы всех R+1 трактов анализа объединены и соединены с выходом управления двухканального приемника, группы из q информационных входов трактов анализа соединены с информационными выходами соответствующих с 1-го по (R+1)-й запоминающих устройств, а информационные выходы первого сумматора соединены с информационными входами (R+2)-го запоминающего устройства, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока принятия решения, группа из q информационных выходов которого является группой информационных выходов центрального пеленгаторного пункта и устройства определения координат источника излучения.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru