Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор радиосигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для пеленгования радиосигналов источников радиоизлучений (ИРИ) в условиях изменяющейся на интервале пеленгования интенсивности и формы спектра сигналов, а также в тех случаях, когда применяемые в антенной системе (АС) пеленгатора антенные элементы (АЭ) имеют существенные направленные свойства. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгования. В изобретении осуществляют прием радиосигналов АС, состоящей из N АЭ, образующих не менее двух пар, последовательное во времени преобразование сигналов от каждой пары АЭ двухканальным приемником с общим гетеродином, получение спектральных характеристик сигналов каждого канала и вычисление комплексного взаимного спектра для каждой пары АЭ, выделение спектральных составляющих, превышающих установленный порог, расчет по формулам максимума двумерной диаграммы направленности АС, по ориентации этого максимума определяют значения пеленга. При этом количество АЭ, число образуемых ими пар, число АЭ, выбираемых для измерения амплитудной и фазовой разноканальности приемника, а также формы амплитудных и фазовых диаграмм, взаимное расположение АЭ в АС определяют на основе анализа опорной функции. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для одновременного пеленгования радиосигналов нескольких источников радиоизлучений (ИРИ) в условиях изменяющейся интенсивности и формы спектральной плотности сигналов на интервале пеленгования, а также в условиях существенного взаимного влияния антенных элементов (АЭ) на форму диаграмм направленности (ДН) каждого из них при совместной работе в антенной системе (АС) пеленгатора.

Известен способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов кольцевой антенной решеткой, преобразование радиосигналов многоканальным приемником, измерение разностей фаз между преобразованными сигналами, принятыми отдельными парами АЭ кольцевой решетки, сравнение всех измеренных разностей фаз между преобразованными сигналами, по которым судят о значении пеленга [1].

Известен также многоканальный пеленгатор, содержащий многоэлементную антенную решетку, коммутатор, входы которого соединены с выходами соответствующих АЭ антенной решетки, а пара выходов - с парой входов двухканального приемника, пара выходов которого соединена с парой входов измерителя разности фаз, выход которого соединен с вычислителем пеленга [2].

Недостатком способа и устройства является невысокое качество пеленгования в условиях изменяющейся интенсивности и формы спектральных плотностей пеленгуемых сигналов в процессе пеленгования, а также в условиях существенного взаимного влияния АЭ на форму ДН каждого из них при совместной работе в АС пеленгатора.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому способу пеленгации и пеленгатору, принятыми за прототип, является способ пеленгации радиосигналов и многоканальный пеленгатор [3]. Способ-прототип включает прием радиосигналов АС, состоящей из N элементов в количестве не менее трех и образующих Р пар не менее двух, последовательное во времени преобразование сигналов от каждой пары АЭ двухканальным приемником для получения спектральных характеристик, выполненным с общим гетеродином для обоих каналов, получение спектральных характеристик сигналов на выходе каждого канала для каждой пары АЭ путем попарного измерения на совпадающих интервалах времени комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала, разделение комплексных спектров на выбранные частотные поддиапазоны, запоминание спектров сигналов, определение свертки комплексно-сопряженных спектров для каждого частотного поддиапазона, получая комплексные амплитуды сигналов для каждого канала и частотного поддиапазона, осуществление преобразования Фурье по всем каналам, по совокупности которых формируется двумерный угловой спектр, соответствующий радиосигналу для выбранного частотного поддиапазона, выделение максимального модуля компоненты двумерного углового спектра и суждение по значениям аргументов максимального модуля компоненты об азимуте и угле наклона фронта волны радиосигнала.

Многоканальный пеленгатор-прототип содержит антенную систему, состоящую из N АЭ в количестве не менее трех, коммутатор, подсоединенный к ней, двухканальный приемник, подсоединенный к коммутатору и выполненный с общим гетеродином для первого и второго каналов, выходы которых подключены к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю, блоку преобразования Фурье, запоминающему устройству компонент спектра, вычислителю сверток, выполненными двухканальными соответственно с первым и вторым каналами, вычислитель пеленга, выполненный с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом фазовой разноканальности двухканального приемника и подсоединенный своим входом к выходу вычислителя сверток, генератор синхроимпульсов, подсоединенный к управляющему входу коммутатора и к синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, запоминающего устройства компонент спектра, вычислителя сверток и вычислителя пеленга.

Недостатком этого способа пеленгации и пеленгатора является низкая точность пеленгования сигналов с изменяющимися в процессе пеленгования интенсивностью и формой спектра. К таким сигналам можно отнести широкий класс сигналов с линейной амплитудой и частотной модуляцией, сигналов с подавленной несущей типа SSB, USB, LSB, импульсных сигналов, а также сигналов систем связи с частотным разделением каналов, активируемых голосом.

Дело в том, что в прототипе при выполнении операции свертки комплексно-сопряженных спектров для каждого частотного радиоканала используются все спектральные составляющие, относящиеся к данному частотному радиоканалу независимо от их относительного уровня, т.е. независимо от формы распределения спектра сигнала в данном частотном поддиапазоне. Поэтому если число спектральных составляющих с относительно высокой интенсивностью на данном интервале измерения составляет незначительную долю от общего числа спектральных составляющих, априорно отнесенных к данному частотному радиоканалу, то в этом случае число спектральных составляющих с малым уровнем полезного сигнала или вообще содержащих только шум будет преобладающим при вычислении свертки, а следовательно, и качество вычисления свертки будет невысоким. Кроме того, при последующем нормировании комплексных амплитуд сигнала вес каждой комплексной амплитуды при формировании двумерного углового спектра сигнала в k-ом радиоканале одинаков для всех пар АЭ независимо от уровня сигналов, принимаемых при подключении той или иной пары АЭ к двухканальному приемнику в процессе пеленгования. Поэтому когда в процессе измерения параметров комплексных спектров для различных пар АЭ интенсивность и форма спектра пеленгуемого сигнала меняется, то достоверность оценки комплексной амплитуды (точнее ее фазы, содержащей информацию о пеленге) для пар АЭ с относительно малым уровнем сигнала мала, а их вес при формировании двумерного углового спектра одинаков со всеми остальными парами, что в целом приводит к снижению точности пеленгования таких сигналов. С другой стороны, при определенных соотношениях между размерами всенаправленных АЭ и их взаимном расположении в АС на некоторых участках рабочего диапазона частот происходит взаимное влияние АЭ друг на друга и соответствующее приобретение ими направленных свойств при совместной их работе в АС. Это в свою очередь приводит к перепаду в соотношении сигнал/шум в различных антенных элементах в зависимости от направления пеленгуемого сигнала, который может достигать значений 10-15 дБ даже при постоянной интенсивности излучаемого сигнала. В этих случаях качество пеленгования в прототипе будет определяться в значительной степени качеством приема сигналов в антенных элементах с наименьшим соотношением сигнал/шум, что также приводит в целом к снижению точности пеленгования.

Целью настоящего изобретения является повышение точности пеленгования.

Для достижения поставленной цели предлагается способ пеленгации, включающий прием радиосигналов АС, состоящей из N АЭ в количестве образующих Р пар не менее двух, последовательное во времени преобразование сигналов от каждой пары АЭ двухканальным приемником для получения спектральных характеристик, выполненным с общим гетеродином для обоих каналов, получение спектральных характеристик сигналов на выходе каждого канала для каждой пары АЭ путем попарного измерения на совпадающих интервалах времени комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала, разделение комплексных спектров на выбранные частотные поддиапазоны, запоминание спектров сигналов, вычисление для каждой пары АЭ и для каждого частотного поддиапазона комплексного взаимного спектра между сигналами на выходах двухканального приемника, вычисление для каждого частотного поддиапазона функции двух аргументов: азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом фазовой разноканальности двухканального приемника и суждение по значениям аргументов для максимальной величины этой функции об азимуте и угле наклона фронта волны радиосигнала, согласно изобретению, между вычислением комплексного взаимного спектра и вычислением функции двух аргументов выделяют для каждой пары АЭ и каждого частотного поддиапазона спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, превышающие установленный пороговый уровень, и отбирают из комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала те спектральные составляющие, из которых были сформированы выделенные спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, вычисляют функцию двух аргументов с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности АЭ, весовых коэффициентов измерений для каждой пары АЭ и амплитудной разноканальности двухканального приемника, а число АЭ АС, число образующих ими пар, формы амплитудных и фазовых диаграмм и взаимное расположение АЭ выбирают таким образом, чтобы при вычислении опорной функции по формуле:

ее значения удовлетворяли следующим условиям:

Fo(θ=θu±Δθm, β=βu±Δβm, λмах)≤Km×Fo(θ=θu, β=βu, λмах) и

Fo,лмах(θ=θлмах, β=βлмах, θu, βu, λмин)≤Kз×Fo(θ=θu, β=βu, λмин);

где θ и β - аргументы функции Fo, определяющие возможные значения соответственно азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, изменяющиеся в диапазоне рабочих углов пеленгования и характеризуемые для азимута как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между принятой осевой линией АС пеленгатора в плоскости горизонта и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость горизонта, а для угла наклона фронта волны радиосигнала как угол между направлением вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала и плоскостью горизонта,

θu и βu - истинные значения азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала в диапазоне рабочих углов пеленгования;

р - текущий номер пары, образованной элементами с номерами k и l, подключаемыми соответственно к первому и второму входам двухканального приемника, от 1 до Р;

Аkk(θ, β, Rk, λ) и Аl=Al(θ, β, R1, λ) - двумерные диаграммы направленности (ДН) по мощности в сферической системе координат соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ю пару, для данного поддиапазона частот с длиной волны сигнала λ, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке АС, Rk,l - расстояние между фазовым центром АС, расположенным в начале координат, и фазовым центром k-го (l-го) антенного элемента;

Ak,u=Ak(θ=θu, β=βu, Rk, λ) и Аl,ul(θ=θu, β=βu, Rl, λ) - значения двумерных ДН по мощности соответственно k-го и l-го АЭ, образующих р-ю пару, для θ=θu и β=βu;

ϕkk(θ, β, Rk, λ) и ϕl=(θ, β, Rl, λ) - двумерные фазовые ДН соответственно k-го и l-го элементов относительно фазового центра АС в сферической системе координат, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке АС;

ϕk,uk(θ=θu, β=βu, Rk, λ) и ϕl,ul(θ=θu, β=βu, Rl, λ) - значения набега фаз сигналов на выходах соответственно k-го и l-го АЭ относительно фазового центра АС при θ=θu и β=βu;

Δθm, Δβm и Km - задаваемые значения параметров по азимуту, углу наклона фронта волны радиосигнала и коэффициент (менее единицы), определяющие требуемую точность пеленгования;

Fо,лмах - значение функции Fo(θ, θu, β, βu, λ), соответствующее наибольшему из локальных (ложных) максимумов с аргументами θлмах и βлмах для λмин;

λмах и λмин - соответственно максимальная и минимальная длины волн радиосигналов в заданном рабочем диапазоне частот;

Кз - задаваемый коэффициент запаса (менее единицы), определяющий требуемую достоверность пеленгования.

Выбирают из N АЭ АС М АЭ в количестве не менее одного для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника, дополнительно последовательно во времени преобразуют сигналы от каждого из М АЭ двухканальным приемником и получают спектральные характеристики путем измерения на совпадающих интервалах времени комплексных спектров сигналов на выходе каждого канала двухканального приемника при одновременном подключении к его входам каждого из М АЭ, разделяют дополнительно полученные комплексные спектры на выбранные частотные поддиапазоны, запоминают эти спектры и вычисляют для каждого из М АЭ и для каждого частотного поддиапазона комплексный взаимный спектр между сигналами на выходах двухканального приемника, при этом совокупность М АЭ АС для измерения разноканальности двухканального приемника выбирают таким образом, чтобы при вычислении обобщенной ДН по мощности совокупности М АЭ по формуле:

Аом(θ, β, λ)=мах{Ам(θ, β, λ), м∈М} по всем возможным рабочим азимутам и углам наклона фронта волны радиосигнала, ее значения удовлетворяли следующему условию: , где max{Aм(θ, β, λ), м∈M} - значения двумерной ДН по мощности того из М АЭ, у которого эта диаграмма для данной совокупности θ, β и λ имеет наибольшие значения из всех диаграмм направленностей М выбранных АЭ; Аом,мин и Аом,мах - соответственно минимальное и максимальное значения обобщенной ДН по мощности совокупности М АЭ в рабочем диапазоне углов пеленгования;

Кн - задаваемая допустимая относительная неравномерность ДН по мощности АЭ, отбираемых для измерения разноканальности приемника.

Пороговый уровень устанавливают равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым для каждой р-й пары АЭ отдельно из совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, а для М АЭ определяемым из общей совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, образованной объединением всех совокупностей спектральных составляющих, полученных при подключении каждого из М АЭ к двухканальному приемнику.

Функцию двух аргументов вычисляют по формуле:

где qр - весовой коэффициент измерений для р-й пары АЭ;

Qризм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику р-й пары АЭ, образованной при подключении k-го элемента к первому входу, а l-го элемента ко второму входу двухканального приемника;

Арпу - амплитудная разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М АЭ;

qор - относительный весовой коэффициент при измерении Qризм и ϕризм;

ϕризм - сдвиг фаз между сигналами на выходах приемника, измеряемый при подключении к его входам р-й пары АЭ;

ϕрпу - фазовая разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М АЭ.

При этом qp, Qризм, Арпу, qop, ϕризм и ϕрпу вычисляют по формулам:

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Вр - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику соответственно р-й пары элементов;

Pi1 и Рi2 - мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

м - текущий номер элемента, подключаемого ко входам двухканального приемника, от 1 до М;

Вм - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента;

Imi и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.

Возможен дополнительный вариант осуществления способа, в котором один из АЭ АС выбирают опорным и общим для всех пар АЭ, подключают его ко второму входу двухканального приемника постоянно, каждый из остальных АЭ последовательно во времени подключают к первому входу двухканального приемника на время измерения соответствующих комплексных спектров и вычисляют функцию двух аргументов по формуле:

где k и l - текущие номера пар АЭ, образованных при подключении к первому входу двухканального приемника соответственно k-го или l-го АЭ из совокупности остальных N-1 АЭ, k изменяется от 1 до K≤N-1, l изменяется от 2 до L≤N-2;

qk, ql, qok, qol, - весовые и относительные весовые коэффициенты при измерении

Qkизм, Qlизм, ϕkизм и ϕlизм, для k-й и l-й пары АЭ соответственно,

Qkизм и Qlизм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары АЭ;

ϕkизм и ϕlизм - сдвиг фаз между сигналами на выходах двухканального приемника, измеряемый при подключении к его входам соответственно k-й или l-й пары АЭ; при этом в качестве опорного выбирают АЭ, двумерная ДН по мощности которого удовлетворяет следующему условию: , где Ао,мин и Ао,мах - соответственно минимальное и максимальное значение двумерной ДН по мощности опорного АЭ в рабочем диапазоне углов пеленгования;

Кно - задаваемый коэффициент относительной неравномерности двумерной ДН по мощности опорного АЭ.

При этом qk,l, Qk,lизм, qok,ol, и ϕk,lизм вычисляют по формулам:

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Bk,l, - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары элементов;

Pi1 и Pi2 - мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

Imi и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.

Для достижения поставленной цели предлагается пеленгатор, содержащий антенную систему, состоящую из N АЭ в количестве не менее трех, коммутатор, подсоединенный к ней, двухканальный приемник, подсоединенный к коммутатору и выполненный с общим гетеродином для первого и второго каналов, выходы которых подключены к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю, блоку преобразования Фурье, запоминающему устройству компонент спектров сигналов на выходах двухканального приемника, вычислителю параметров взаимного спектра, выполненными двухканальными соответственно с первым и вторым каналами, вычислитель пеленга, выполненный с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом фазовой разноканальности двухканального приемника, генератор синхроимпульсов, подсоединенный к управляющему входу коммутатора и к синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, запоминающего устройства компонент спектра сигналов на выходах двухканального приемника, вычислителя параметров взаимного спектра и вычислителя пеленгов, согласно изобретению, введен блок выделения и отбора спектральных составляющих, один вход которого подключен к выходу вычислителя параметров взаимного спектра, второй и третий входы подключены к выходам запоминающего устройства компонент спектра, выход блока подключен к входу вычислителя пеленга, а его синхровход подключен к выходу генератора синхроимпульсов, вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности АЭ, весовых коэффициентов измерений для каждой пары АЭ и амплитудной разноканальности двухканального приемника, а число АЭ АС, число образующих ими пар, формы амплитудных и фазовых диаграмм и взаимное расположение АЭ выбраны таким образом, чтобы при вычислении опорной функции по формуле:

ее значения удовлетворяли следующим условиям:

Fo(θ=θu±Δθm, β=βu±Δβm, λмах)≤Km×Fo(θ=θu, β=βu, λмах) и

Fo,лмах(θ=θлмах, β=βлмах, θu, βu, λмин)≤kз×Fo(θ=θu, β=βu,λмин),

где θ и β - аргументы функции Fo, определяющие возможные значения соответственно азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, изменяющиеся в диапазоне рабочих углов пеленгования и характеризуемые для азимута как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между принятой осевой линией АС пеленгатора в плоскости горизонта и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость горизонта, а для угла наклона фронта волны радиосигнала как угол между направлением вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала и плоскостью горизонта;

θu и βu - истинные значения азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала в диапазоне рабочих углов пеленгования;

р - текущий номер пары, образованной АЭ с номерами k и l, подключаемыми соответственно к первому и второму входам двухканального приемника, от 1 до Р;

Аk=Ak(θ, β, Rk, λ) и Аl=Al(θ, β, Rl, λ) - двумерные ДН по мощности в сферической системе координат соответственно k-го и l-го АЭ, образующих р-ю пару, для данного поддиапазона частот с длиной волны сигнала λ; рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке AC, Rk,l - расстояние между фазовым центром АС, расположенным в начале координат, и фазовым центром k-го (l-го) антенного элемента;

Ak,u=Ak(θ=θu, β=βu, Rk, λ) и Al,ul(θ=θu, β=βu, Rl, λ) - значения двумерных ДН по мощности соответственно k-го и l-го АЭ, образующих р-ю пару, при θ=θu и β=βu;

ϕkk(θ, β, Rk, λ) и ϕll(θ, β, Rl, λ) -двумерные фазовые ДН соответственно k-го и l-го АЭ относительно фазового центра АС в сферической системе координат, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке АС;

ϕk,uk(θ=θu, β=βu,Rk, λ) и ϕl,ul(θ=θu, β=βu, Rl, λ) - значения набега фаз сигналов на выходах соответственно k-го и l-го АЭ относительно фазового центра АС для θ=θu и β=βu;

Δθm, Δβm, и Кm - задаваемые значения параметров по азимуту и углу наклона фронта волны радиосигнала и коэффициент (менее единицы), определяющие требуемую точность пеленгования;

Fо,лмах - значение функции Fo(θ, θu, β, βu, λ), соответствующее наибольшему из локальных (ложных) максимумов с аргументами θлмах и βлмах для λмин;

λмах и λмин - соответственно максимальная и минимальная длины волн радиосигналов в заданном рабочем диапазоне частот;

Кз - задаваемый коэффициент запаса (менее единицы), определяющий требуемую достоверность пеленгования.

Совокупность М АЭ АС для измерения разноканальности приемника выбирают таким образом, чтобы при вычислении обобщенной ДН по мощности для совокупности этих АЭ по формуле: Аом(θ, β, λ)=мах{Ам(θ, β, λ), м∈М} по всем возможным рабочим азимутам и углам наклона фронта волны радиосигнала, ее значения удовлетворяли следующему условию:

где мах{Ам(θ, β, λ), м∈М} - значение двумерной ДН по мощности того из М АЭ, у которого эта диаграмма для данной совокупности θ, β и λ имеет наибольшие значения из всех диаграмм направленностей М выбранных АЭ;

Аом,мин и Аом,мах - соответственно минимальное и максимальное значение обобщенной ДН по мощности для совокупности М АЭ в рабочем диапазоне углов пеленгования;

Кн - задаваемая допустимая относительная неравномерность ДН по мощности АЭ, отбираемых для измерения разноканальности приемника.

Блок выделения и отбора спектральных составляющих выполнен с возможностью выделения для каждой пары АЭ, каждого из М АЭ и каждого частотного поддиапазона спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень и отбора из комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала тех спектральных составляющих, из которых были сформированы выделенные спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, при этом пороговый уровень в блоке для выделения спектральных составляющих комплексного взаимного спектра устанавливается равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым для каждой р-ой пары АЭ отдельно из совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, а для М АЭ определяемым из общей совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, образованной объединением совокупностей спектральных составляющих, полученных при подключении каждого из М АЭ к двухканальному приемнику, при этом коммутатор выполнен с возможностью подключения последовательно во времени любой пары АЭ, образованной из N АЭ по два в любой комбинации и каждого из М АЭ к обоим входам двухканального приемника, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход коммутатора для последовательного во времени подключения коммутатором любой пары АЭ и каждого из М АЭ к обоим входам двухканального приемника.

Вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления функции двух аргументов и определения аргументов этой функции для ее максимального значения по формулам:

F(θ=θо, β=βо)=max,

где qр - весовой коэффициент измерений для p-й пары АЭ;

Qризм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику p-й пары АЭ, образованной при подключении k-го АЭ к первому входу, а l-го АЭ ко второму входу двухканального приемника;

Арпу - амплитудная разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М АЭ;

qор - относительный весовой коэффициент при измерении Qризм и ϕризм;

ϕризм - сдвиг фаз между сигналами на выходах приемника, измеряемый при подключении к его входам р-й пары АЭ;

ϕрпу - фазовая разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М АЭ;

θо и βо - аргументы, определяемые как искомые азимут и угол наклона фронта волны радиосигнала.

При этом qp, Qризм, Арпу, ϕор, ϕризм и ϕрпу вычисляют по формулам:

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Вp - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику p-й пары элементов;

Рi1 и Рi2 - мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

м - текущий номер элемента, подключаемого ко входам двухканального приемника, от 1 до М;

Вм - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента;

Imi, и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.

Возможен дополнительный вариант выполнения пеленгатора, в котором один из АЭ АС выбран опорным и общим для всех пар АЭ, коммутатор выполнен с возможностью подключения опорного АЭ ко второму входу двухканального приемника постоянно и подключения к первому входу двухканального приемника последовательно во времени каждого из остальных АЭ на время измерения соответствующих комплексных спектров, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход коммутатора для подключения к первому входу двухканального приемника последовательно во времени каждого из остальных АЭ на время измерения соответствующих комплексных спектров, а вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления функции двух аргументов и определения аргументов этой функции для ее максимального значения по формулам:

где k и l - текущие номера пар АЭ, образованных при подключении к первому входу двухканального приемника соответственно k-го или 1-го АЭ из совокупности остальных N-1 АЭ, k изменяется от 1 до K≤N-1, l изменяется от 2 до L≤N-2;

qk, ql, qok, qol - весовые и относительные весовые коэффициенты при измерении Qkизм, Qlизм, ϕkизм и ϕlизм для k-й и l-й пары АЭ соответственно,

Qkизм, и Qlизм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары АЭ;

ϕkизм и ϕlизм - сдвиг фаз между сигналами на выходах двухканального приемника, измеряемый при подключении к его входам соответственно k-ой или l-ой пары АЭ;

θо и βо - аргументы, определяемые как искомые азимут и угол наклона фронта волны радиосигнала;

при этом в качестве опорного выбирают АЭ, двумерная ДН по мощности которого удовлетворяет следующему условию: , где Ао,мин и Ао,мах - соответственно максимальное и минимальное значение двумерной ДН по мощности опорного АЭ в рабочем диапазоне углов пеленгования;

Кно - задаваемый коэффициент относительной неравномерности ДН по мощности опорного АЭ.

При этом qk,l, Qk,lизм, qok,ol, и ϕk,lизм, вычисляют по формулам:

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Вk,l - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-й или l-й пары элементов;

Рi1 и Рi2 - мощности i-й спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

Imi и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-й составляющей комплексного взаимного спектра.

За счет введения в способ пеленгации операций по выделению и отбору спектральных составляющих, превышающих установленный порог, вычислению функции двух аргументов с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности АЭ, весовых коэффициентов измерений для каждой пары АЭ и амплитудной разноканальности двухканального приемника, выбору числа АЭ АС, числа образующих ими пар, форм амплитудных и фазовых диаграмм и взаимного расположения АЭ на основе анализа опорной функции, а также за счет введения в состав пеленгатора соответствующих устройств и блоков, связанных описанным выше образом, удается решить поставленную задачу с достижением технического результата - повышение точности пеленгования.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры. Поскольку способ пеленгации реализуется в процессе работы устройства, то его сущность раскрыта при описании работы пеленгатора.

Фиг.1 изображает функциональную схему пеленгатора.

Фиг.2-4 изображают ДН пеленгационных антенн, синтезированных по предлагаемому способу и прототипу.

Пеленгатор (Фиг.1) содержит антенную систему 1, состоящую из N АЭ в количестве не менее трех, коммутатор 2, подсоединенный к ней, двухканальный приемник 3, подсоединенный к коммутатору и выполненный с общим гетеродином для первого и второго каналов, выходы которых подключены к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю 4, блоку преобразования Фурье 5, запоминающему устройству компонент спектров сигналов на выходах двухканального приемника 6, вычислителю параметров взаимного спектра 7, выполненными двухканальными соответственно с первым и вторым каналами, блок выделения и отбора спектральных составляющих 8, один вход которого подключен к выходу вычислителя параметров взаимного спектра 7, второй и третий входы подключены к выходам запоминающего устройства компонент спектра 6, выход блока 8 подключен к входу вычислителя пеленга 9, генератор синхроимпульсов 10, подсоединенный к управляющему входу коммутатора 2 и к синхровходам аналого-цифрового преобразователя 4, блока преобразования Фурье 5, запоминающего устройства компонент спектра сигналов на выходах двухканального приемника 6, вычислителя параметров взаимного спектра 7, блока выделения и отбора спектральных составляющих 8 и вычислителя пеленгов 9, выполненного с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности антенных элементов, весовых коэффициентов измерений для каждой пары элементов, и амплитудной разноканальности двухканального приемника.

Структура АС пеленгатора, т.е. число АЭ, форма их амплитудных и фазовых диаграмм направленностей и взаимное расположение существенным и определяющим образом влияют на важнейшие характеристики любого пеленгатора, к которым прежде всего относятся точность и достоверность пеленгования. При этом под достоверностью пеленгования будем понимать вероятность нахождения вычисленного пеленга в области главного лепестка ДН пеленгационной антенны. Известно, что между всеми перечисленными параметрами существует определенная функциональная зависимость [4, 5]. Эта зависимость для предлагаемого способа и пеленгатора определяется вышеприведенной формулой (1), по которой рассчитывается опорная функция Fo(θ, θu, β, βu, λ), и имеет смысл синтезированной ДН пеленгационной антенны, представляющей собой совокупность так называемых парциальных двумерных диаграмм направленностей (ДН) пеленгационных пар.

Синтезированная по приведенной выше формуле ДН пеленгационной антенны предлагаемого пеленгатора отличается от аналогичной ДН пеленгационной антенны прототипа и других подобных пеленгаторов [3-6] введением в парциальную двумерную ДН каждой пеленгационной пары амплитудной составляющей и относительного весового коэффициента между фазовой и амплитудной составляющими, а также введением весового коэффициента для каждой парциальной двумерной ДН. Амплитудная составляющая использует дополнительную информацию о пеленгуемых параметрах радиосигнала, содержащуюся в двумерных диаграммах направленности по мощности АЭ, являющимися в общем случае функциями азимута, угла наклона фронта волны пеленгуемого радиосигнала и расстояний между фазовым центром АС и фазовым центром АЭ. Форма ДН по мощности каждого АЭ АС определяется его типом, структурой и взаимными связями между АЭ в АС и чем сильнее выражена зависимость этой формы от пространственных параметров пеленгуемого радиосигнала, тем эффективнее может быть использована эта амплитудная информация при пеленговании сигналов. При этом предпочтительно, чтобы характер зависимости амплитудной составляющей парциальной ДН от пеленгуемых параметров был по виду и пределам изменения подобен фазовой составляющей парциальной ДН. Для этих условий наиболее целесообразно вычислять амплитудную составляющую по формуле:

Вид этой функции и возможные пределы ее изменения такие же, как и у фазовой составляющей, а используемые суммарно-разностные отношения вида являются наиболее эффективными для выявления пеленговой информации, содержащейся в амплитудах обрабатываемых сигналов, и широко используются в пеленгаторах амплитудного типа.

Получить такие отношения при измерении параметров спектров на выходах двухканального приемника можно, если вычислять Qризм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника по формуле:

а затем для исключения влияния амплитудной разноканальности двухканального приемника на точность измерения этого отношения и преобразования полученного результата вычислений к виду типа необходимо произвести дополнительные измерения амплитудной разноканальности двухканального приемника и вычисления по формуле: . Для варианта реализации пеленгатора с одним опорным АЭ вычисления амплитудной компоненты осуществляются по формуле и не требуют специального дополнительного измерения амплитудной разноканальности двухканального приемника. Так как мощность сигнала на выходе АЭ в зависимости от направления прихода волны пеленгуемого радиосигнала прямо пропорциональна его ДН по мощности Аk=Ak(θ, β, Rk, λ) или Al=Al(θ, β, Rl, λ), то в результате всех приведенных выше преобразований получаются следующие равенства:

и

что и требовалось получить. Справедливости ради надо отметить, что эти равенства получены без учета влияния помех (шума), неизбежно присутствующих на выходах двухканального приемника. Поэтому реальная точность измерения искомого параметра будет определяться соотношениями сигнал/шум и

на выходах соответственно первого и второго каналов двухканального приемника. Соответствующий статистический анализ параметров распределения модуля и фазы совокупности векторов со случайными компонентами по данным [7] показывает, что при разумном допущении равенства уровней шумов, приведенных к входам двухканального приемника, и значениями q1, и q2, превышающими единицу, погрешность вычисления параметра определяется следующим приближенным выражением: , а погрешность фазовой составляющей парциальной ДН: , где σϕ - среднеквадратическая ошибка определения фазового угла в радианах

Анализ полученных выражений показывает, что при q1≈q2 погрешности σp и σϕ соизмеримы между собой, но чем больше разность между q1 и q2, тем хуже относительная точность определения фазы по сравнению с амплитудой. В результате при значительном перепаде уровней сигналов на выходах АЭ, образующих ту или иную пеленгационную пару, качество вычисления фазовой составляющей парциальной ДН для этой пары гораздо хуже амплитудной. Поэтому для сохранения высокой точности формирования парциальных диаграмм в подобных случаях целесообразно ввести относительный весовой коэффициент между амплитудной и фазовой составляющей, перераспределяющий вклад каждой составляющей в формирование парциальной ДН данной пары в зависимости от соотношения уровней сигналов на выходах АЭ, образующих эту пару. Такое относительное перераспределение обеспечивает следующий множитель для фазовой составляющей парциальной ДН, полученный путем относительного нормирования погрешностей измерения соответствующих параметров:

Он уменьшает вклад фазовой составляющей пропорционально относительному ухудшению качества ее измерения, а для Ak,u≈Al,u обеспечивает относительное весовое равенство между амплитудной и фазовой составляющими с учетом коэффициента, равного π, преобразующего радианы в разы. Точность пеленгования такой пеленгационной антенны так же как и у прототипа и других подобных пеленгационных антенн [4-6] определяется шириной главного (основного) лепестка, а достоверность пеленгования - относительным уровнем боковых лепестков синтезированной ДН пеленгационной антенны. Очевидно, что чем уже главный лепесток и чем ниже относительный уровень боковых лепестков синтезированной ДН, тем выше точность и достоверность пеленгования. Поэтому введение определенных ограничений на ширину главного лепестка и относительный уровень максимального бокового лепестка и выполнение этих условий при выборе АС пеленгатора гарантирует выполнение задаваемых таким образом требований по точности и достоверности пеленгования, т.е. гарантирует выполнение пеленгатором своих основных функций с необходимым качеством. Конкретное число АЭ, формы их амплитудных и фазовых характеристик, а также взаимное расположение в АС пеленгатора может быть различным. При этом в составе АС могут сочетаться разнородные АЭ, например штырь и рамки, как в широко известном пеленгаторе Ватсона-Ватта, или штыри, логопериодические антенны и биконические, конусно-щелевые структуры и т.п. Однако общим требованием ко всем возможным вариантам реализации предлагаемого пеленгатора является выполнение двух условий для опорной функции, вычисляемой по формуле (1):

Fo(θ=θu±Δθз, β=βu±Δβз, λмах)≤Km×Fo(θ=θu, β=βu, λмах) и

Fo,лмах(θ=θлмах, β=βлмах, θu, βu, λмин)≤kз×Fo(θ=θu, β=βu, λмин).

Первое из них определяет допустимую ширину главного лепестка ДН пеленгационной антенны (±Δθз - по азимуту и±Δβз -по углу места) на уровне Кm по отношению к максимальному уровню ДН направленности Fo(θ=θu, β=βu, λmax) для сигнала с λmax, а второе - допустимую высоту максимального бокового лепестка по отношению к уровню главного лепестка для сигнала с λмин. Выполнение этих условий гарантирует заданное качество пеленгования (точность и достоверность) во всем рабочем диапазоне частот. Это обеспечивается тем, что для заданной структуры АС максимальная ширина главного лепестка ДН соответствует сигналу с λмах, а максимальный уровень бокового лепестка - сигналу с λмин. В целом при формировании структуры пеленгатора для выполнения первого условия необходимо, как правило, увеличивать относительные размеры базы пеленгатора по сравнению с длиной волны пеленгуемых сигналов, или сужать ДН направленностей АЭ по мощности известными способами. Однако при этом неизбежно возрастают боковые лепестки синтезированной ДН пеленгационной антенны и для совместного выполнения первого и второго условий приходится в большинстве случаях увеличивать число АЭ на единицу пространства, занимаемого АС пеленгатора, увеличивать число комбинаций пар АЭ с разными базами, как, например, в прототипе, или вводить в парциальные ДН пар АЭ дополнительные составляющие, как в предлагаемом способе и пеленгаторе. Очевидным является стремление обеспечить задаваемые показатели качества пеленгования минимальным числом АЭ. Но в любом случае формирование структуры пеленгатора на основании анализа предлагаемой опорной функции (1) и ограничивающих ее условий позволяет гарантированно реализовывать пеленгатор с заданными показателями качества.

Рассмотрим в качестве примера выбор структуры пеленгатора в рамках широко применяемой для целей пеленгования однокольцевой круговой N-элементной эквидистантной антенной решетки, АЭ которой выполнены на основе рамочных структур и расположены в горизонтальной плоскости пеленгования по периметру окружности радиусом R. При этом максимумы ДН АЭ по мощности ориентированы вдоль радиусов от центра, а сами ДН АЭ по мощности имеют следующий вид:

где параметр характеризует относительную базу для формирования амплитудной ДН АЭ и крутизну ее изменения в зависимости от θ-азимута прихода фронта волны пеленгуемого радиосигнала, отсчитываемого по часовой стрелке между линией, выбранной в качестве осевой линии АС пеленгатора в плоскости горизонта и соединяющей первый АЭ с центром окружности, и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость горизонта.

В этой конфигурации АС другие основные составляющие опорной функции имеют следующий вид:

Предположим, что заданы следующие ограничения на относительный рабочий диапазон частот, форму ДН АЭ, ширину ДН пеленгационной антенны и уровень максимального бокового лепестка: , , , , θm≤25°

на уровне Кm≤0,5 и Кз≤0,5. Ставится задача определить минимальном число АЭ, при котором обеспечиваются заданные характеристики пеленгования.

Расчеты по предлагаемой опорной функции показывают, что при таких заданных исходных условиях минимальное число АЭ равно 5 при использовании 10 образующих пар АЭ (максимальное число пар, возможное при пяти АЭ). Аналогичный расчет по модулю углового спектра как в прототипе показывает, что для достижения таких же показателей качества пеленгования требуется не менее семи АЭ и соответственно 21 образующая пара. Общий вид синтезированных относительных ДН пеленгационных антенн для истинных азимутов в пределах от 0 до 360° с шагом 45° приведен на фигурах 2 и 3. На фигуре 4 показаны синтезированные ДН направленности реальной АС, состоящей из пяти теоретически всенаправленных несимметричных вибраторов, размещенных эквидистантно по периметру окружности с относительном радиусом . Расчет диаграмм проведен по данным юстировки этой антенны, в процессе которой измерялись амплитудные и фазовые характеристики АЭ во всем заданном диапазоне рабочих углов пеленгования с учетом взаимного влияния АЭ друг на друга и приобретения ими направленных свойств в системе. Как видно, диаграмма, рассчитанная по предлагаемой опорной функции, имеет существенный запас по показателю достоверности (Кз≤0,66) во всем диапазоне рабочих углов пеленгования, в то время как ДН, рассчитанные по модулю углового спектра без учета амплитудной информации, практически непригодны для пеленгования из-за большого относительного уровня боковых лепестков (Кз≥0,8) в большинстве секторов пеленгования.

Приведенные примеры наглядно показывают эффективность использования дополнительной амплитудной информации как при выборе структуры пеленгатора, основанного на принципах формирования синтезированной ДН пеленгационной антенны, так и при вычислении пеленга в таком пеленгаторе.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что для выбора структуры пеленгатора (числа АЭ, форм их амплитудной и фазовой двумерных ДН и взаимного расположения в АС) с заданными показателями качества пеленгования (точность и достоверность) необходимо и достаточно провести рассмотрение различных вариантов структуры пеленгатора на основе расчета и анализа предлагаемой опорной функции и выбрать тот вариант, который удовлетворяет задаваемым показателям качества. После выбора структуры пеленгатора необходимо выделить из совокупности N АЭ, составляющих AC, M АЭ в количестве не менее одного для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника. Совокупность М АЭ для измерения разноканальности двухканального приемника выбирают таким образом, чтобы при вычислении обобщенной ДН по мощности совокупности М АЭ по формуле: Аом(θ, β, λ)=мах{Ам(θ, β, λ), м∈М} по всем возможным рабочим азимутам и углам наклона фронта волны радиосигнала, ее значения удовлетворяли следующему условию: , где мах{Ам(θ, β, λ), м∈М} - значения двумерной ДН по мощности того из М АЭ, у которого эта диаграмма для данной совокупности θ, β и λ имеет наибольшие значения из всех диаграмм направленностей М выбранных АЭ; Аом,мин и Аом,мах - соответственно минимальное и максимальное значения обобщенной ДН по мощности совокупности М АЭ в рабочем диапазоне углов пеленгования;

Кн - задаваемая допустимая относительная неравномерность ДН по мощности АЭ, отбираемых для измерения разноканальности приемника.

Такой принцип отбора АЭ для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника обеспечивает наилучшие условия для такого измерения, так как в процессе измерения при любых возможных углах прихода фронта волны радиосигнала хотя бы одним из М АЭ обеспечивается максимально возможный в данных условиях уровень принимаемого сигнала, а следовательно, и максимальная точность измерений.

Рассмотрим работу предлагаемого пеленгатора, структура которого соответствует изложенным выше требованиям. Сигналы от пеленгуемых источников принимаются AC 1. С выходов АЭ АС эти сигналы поступают на входы коммутатора 2, который последовательно и попарно пропускает их на первый и второй входы двухканального приемника 3. Радиосигналы, поступившие на входы двухканального приемника 3, переносятся в нем на промежуточную частоту, а при необходимости на видеочастоту. С первого и второго выходов двухканального приемника 3 сигналы поступают на соответствующую пару входов АЦП 4, который синхронно преобразует пары сигналов промежуточной частоты или видеочастоты в импульсные сигналы (временные отсчеты), соответствующие радиосигналам. Эти последовательности отсчетов с пары выходов АЦП 4 поступают на соответствующую пару входов блока 5 преобразования Фурье (дискретного), на паре выходов которого получают цифровые сигналы, характеризующие спектры совокупностей сигналов от пеленгуемых источников в первом и втором каналах. В результате имеем совокупность спектральных составляющих в полосе анализа ΔF объемом В комплексных спектральных отсчетов на выходе каждого из каналов. Значения центральных частот радиоканалов fpk в полосе анализа ΔF и ширина каждого радиоканала Δfpk априорно известны. В ЗУ 6 получают цифровые сигналы, соответствующие компонентам спектров в полосе анализа ΔF для первого и второго каналов, при этом каждой компоненте спектров соответствует порядковый номер, соответствующий частоте компоненты, и каждый компонент включает реальную Rei и мнимую Imi составляющие, которые связаны с комплексной амплитудой компоненты спектра известными формулами:

- модуль i-той компоненты;

- фаза i-той компоненты.

Цифровые сигналы с пары выходов ЗУ 6 поступают на соответствующую пару входов вычислителя 7 параметров взаимного спектра. В вычислителе 7 для каждого радиоканала, в котором обнаружены сигналы, производится операция вычисления параметров взаимного спектра для каждой пары компонентов спектра по формулам:

где {Rei1, Imi1} и {Rei2, Imi2} - совокупность реальных и мнимых частей i-ых спектральных компонент спектров сигналов на выходе первого и второго каналов соответственно, i-текущий индекс спектральной компоненты спектра из совокупности Вpk - числа спектральных компонент спектров, относящихся к k-му частотному поддиапазону, полученных при подключении к двухканальному приемнику р-й пары АЭ;

и - реальная и мнимая части i-й спектральной составляющей комплексного взаимного спектра, образованные из соответствующих спектральных компонент на выходе первого и второго каналов при подключении к двухканальному приемнику p-й пары АЭ;

- мощность i-той спектральной составляющей комплексного взаимного спектра.

Рассчитанные по вышеприведенным формулам параметры взаимного спектра в вычислителе 7 и цифровые сигналы, содержащиеся в запоминающем устройстве 6, поступают на соответствующие входы блока выделения и отбора спектральных составляющих 8, в котором для каждого выделенного частотного поддиапазона, для каждой пары АЭ и для М АЭ, отобранных для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника, осуществляется отбор спектральных составляющих для последующего вычисления функции двух аргументов в вычислителе пеленга 9. Отбор этот, как уже отмечалось выше, необходим для повышения точности вычисления пеленгационных параметров, а следовательно, и повышения точности пеленгования в целом. Действительно, если спектральное распределение сигнала в полосе выделенного частотного поддиапазона имеет существенную неравномерность, то имеет смысл отбирать только те спектральные составляющие, которые в совокупности дают максимальный эффект при вычислении qp,k,l, Qp,k,lизм, Aрпу, qop,ok,ol, ϕp,k,lизм и ϕрпу - параметров, необходимых для формирования функции двух аргументов. Очевидным решением представляется выделение и использование для вычисления соответствующих параметров только одной спектральной составляющей с максимальным уровнем. Оно оптимально для сигналов, близких к гармоническим. Однако, как уже отмечалось выше, большинство реальных сигналов имеют спектры, форма которых может быть произвольной и/или меняться во времени от гармонического до широкополосного сигнала, равномерно распределенного по всему участку выделенного частотного поддиапазона. Поэтому в процессе приема и обработки сигналов необходимо анализировать форму их спектров и осуществлять выбор тех составляющих спектра, совокупность которых дает больший эффект, чем одна максимальная составляющая. Так как все параметры, необходимые для вычисления функции двух аргументов, базируются на измерении совокупности мощностей спектральных составляющих, то основанием для такого отбора является выполнение следующего очевидного неравенства

где Рмах и Рi - мощности спектральных составляющих на выходе одного из каналов двухканального приемника соответственно с максимальным и меньшим уровнем в выделенном частотном поддиапазоне, а Рш - средняя мощность шумовой спектральной составляющей в этом поддиапазоне. Левая часть неравенства характеризует собой отношение среднего значения измеряемой мощности к погрешности ее измерения (среднеквадратическому отклонению), т.е. характеризует относительное качество измерения средней мощности для суммы двух спектральных составляющих, а правая часть характеризует это же качество для одной максимальной спектральной составляющей. Из этого неравенства следует следующее ограничение на относительный уровень каждой из отбираемых спектральных составляющих для комплексных спектров на выходах двухканального приемника и соответственно для взаимных спектров , использование которых повышает в совокупности качество измерения пеленгационных параметров. Отбирать спектральные составляющие целесообразно по взаимному спектру, так как в этом случае требуется одна процедура на два приемных канала и кроме того гарантируется идентичность отбора спектральных составляющих на выходах обоих каналов приема. Уровень относительного порога целесообразно устанавливать несколько большим, чем расчетная величина 0,17, например, 0,25, чтобы получать гарантированное улучшение качества измерений по совокупности спектральных составляющих с учетом запаса на случайный характер измерений. Таким образом, отбор спектральных составляющих в каждом выделенном частотном поддиапазоне по приведенному выше алгоритму обеспечивает измерение необходимых пеленгационных параметров с большей точностью, чем в прототипе, в условиях изменяющейся формы спектральной плотности сигналов на интервале пеленгования. При этом для каждой пары АЭ отбор спектральных составляющих осуществляется отдельно и независимо друг от друга. В то же время при проведении измерений амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника, когда последовательно во времени к обоим входам двухканального приемника подключается каждый из М АЭ, отбор спектральных составляющих для измерения Арпу и ϕрпу целесообразно осуществлять из общей совокупности взаимных спектров, полученных для каждого из М АЭ. В этом случае, как уже отмечалось выше, выявляются спектральные составляющие с максимальным относительным уровнем из всей возможной совокупности спектральных составляющих, доступной анализу после опроса всех М АЭ. Таким образом, можно сделать вывод о том, что предлагаемый в способе и пеленгаторе принцип отбора АЭ и спектральных составляющих для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника обеспечивает максимально возможное в данных условиях качество этих измерений.

После отбора в блоке 8 спектральные составляющие поступают на вход вычислителя пеленга 9, в котором осуществляется расчет всех необходимых параметров qр, Qризм, Арпу, qор, ϕризм и ϕрпу по формулам:

Очевидно, что чем выше уровень сигналов в обоих каналах двухканального приемника при подключении к его входам соответствующей пары АЭ, тем точнее измеряются необходимые пеленгационные параметры для этой пары и тем более весомым должен быть ее вклад в формирование функции двух аргументов, по которой вычисляют искомые параметры θо и βо. Это обеспечивает весовой коэффициент - qр, который определяет относительный вклад каждой пары АЭ в формирование функции двух аргументов пропорционально суммарной мощности спектральных составляющих на выходах двухканального приемника при подключении этой пары к входам двухканального приемника с учетом его амплитудной разноканальности. Положительный эффект qр проявляется в условиях изменяющейся на интервале пеленгования интенсивности пеленгуемого сигнала, когда разные пары АЭ оказываются в разных энергетических условиях приема сигналов и качество измерения соответствующих пеленгационных параметров также становится различным.

Другой весовой коэффициент - qор определяет относительный вклад фазовой составляющей в формирование парциальной ДН соответствующей пары АЭ в зависимости от соотношений сигнал/шум на выходах двухканального приемника. Этот коэффициент так же как и qр вычисляется с учетом амплитудной разноканальности двухканального приемника и по своей сущности, как показано выше, обратно пропорционален ожидаемой погрешности измерения фазового сдвига между сигналами на выходах двухканального приемника.

Измеряемые параметры Арпу и ϕрпу, как следует из приведенных выше формул, определяют амплитудную и фазовую разноканальность двухканального приемника, т.е. отношение коэффициента передачи по мощности первого канала к коэффициенту передачи по мощности второго канала двухканального приемника и фазовый набег между каналами от входов до выходов двухканального приемника. Эти параметры используются при вычислении весовых коэффициентов qр, qор и амплитудных и фазовых (ϕризмрпуkl) пеленгационных параметров для компенсации паразитного влияния разноканальности двухканального приемника на точность их измерения.

Нетрудно определить, что вычисляемые по вышеприведенным формулам параметры Qризм, Aрпу, ϕризм и ϕрпу и дальнейшее их преобразование в формуле

определяют для амплитудной и фазовой составляющих парциальной ДН каждой пары АЭ соответственно отношение ДН по мощности и сдвиг фаз между сигналами на выходах АЭ, образующих данную пару, с учетом амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника.

Для варианта реализации предлагаемого способа и пеленгатора с одним опорным АЭ нет необходимости специально измерять амплитудную и фазовую разноканальность, так как эти параметры автоматически компенсируются при вычислении функции двух аргументов по формуле

и ее составляющих qk,l, Qk,lизм, qok,ol, и ϕk,lизм по формулам

В этом варианте образуется N-1 измерительных пар АЭ при последовательном подключении каждого из N-1 АЭ к первому входу и опорного АЭ постоянно подключенного ко второму входу двухканального приемника на все время измерения. На основании полученных измерений формируются парциальные ДН пеленгационных пар, образуемых путем объединения и комбинирования измерительных пар из N-1 по две. При этом максимально возможное число пар АЭ, образующих парциальные ДН пеленгационных пар, равно числу сочетаний из N-1 по 2, т.е. равно (N-1)(N-2)/2. Соответствующие весовые коэффициенты для парциальной ДН каждой пеленгационной пары определяются соответствующей комбинацией весовых коэффициентов qk, ql, qok и qol для измерительных пар. При этом весовой коэффициент каждой парциальной ДН пеленгационной пары определяется как сумма коэффициентов qk и ql, а относительный весовой коэффициент фазовой составляющей парциальной ДН определяется выражением

характеризующим относительное ухудшение качества фазовых измерений при объединении двух измерительных пар.

После определения всех необходимых параметров по приведенным выше формулам в вычислителе 9 осуществляется расчет функции двух аргументов по формулам (2) или (3).

При этом шаг аргументов по азимуту Δθ и по углу наклона Δβ определяется требуемой инструментальной точностью пеленгатора. Изменение аргументов по азимуту и углу наклона осуществляется в необходимых пределах, определяемых конкретной структурой АС, контролирующей определенный телесный угол пространства. В общем случае область изменения аргумента по азимуту может составлять величину от 0 до 360°, а область изменения аргумента по углу наклона - от 0 до 90°.

Значение пеленга и угла наклона источника излучения определяются в вычислителе 9 как аргументы θo и βo функции Fo(θ, β), совместной совокупности которых соответствует наибольшее значение Fo(θ,β)=max из всех возможных совокупностей значений аргументов θ и β.

Синхронизация вышеописанных действий над сигналами в коммутаторе 2 и устройствах 4-9 (см. фиг.1) производится по синхроимпульсам, поступающим с выхода генератора синхроимпульсов 10 на управляющий вход коммутатора 2 и синхровходы этих устройств.

Наиболее успешно заявленные способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор могут быть использованы в радиотехнике при поиске несанкционированных излучений и пеленговании ИРИ с изменяющимися в процессе пеленгования интенсивностью и формой спектра, а также в тех случаях, когда применяемые в АС пеленгатора АЭ имеют или приобретают существенные направленные свойства при их совместной работе в АС.

Источники информации

1. Заявка Великобритании №2140238, G 01 S 3/48, опубл. 1984 г.

2. Заявка Германии №4128191, G 01 S 3/46, опубл. 1993 г.

3. Патент Российской Федерации №2144200, G 01 S 3/14, 3/74, опубл. 2000 г.

4. Дрогалин В.В. и др. Алгоритмы оценивания угловых координат источников излучений, основанные на методах спектрального анализа. - Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 1998, №2, с.3-17.

5. Ашихмин А.В. и др. Современные корреляционно-интерферометрические измерители пеленга и напряженности электромагнитного поля. - Специальная техника. Специальный выпуск, 2002, с.7-15.

6. Патент Российской Федерации №2096797, G 01 S 3/14, 3/74, опубл. 1997 г.

7. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга первая. Изд. 2-е, перераб. и доп., М., "Сов. Радио", 1974, 552 стр.

1. Способ пеленгации радиосигналов, включающий прием радиосигналов антенной системой, состоящей из N элементов в количестве образующих Р пар не менее двух, последовательное во времени преобразование сигналов от каждой пары элементов двухканальным приемником для получения спектральных характеристик, выполненным с общим гетеродином для обоих каналов, получение спектральных характеристик сигналов на выходе каждого канала для каждой пары элементов путем попарного измерения на совпадающих интервалах времени комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала, разделение комплексных спектров на выбранные частотные поддиапазоны, запоминание спектров сигналов, вычисление для каждой пары элементов и для каждого частотного поддиапазона комплексного взаимного спектра между сигналами на выходах двухканального приемника, вычисление для каждого частотного поддиапазона функции двух аргументов: азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала и суждение по значениям аргументов для максимальной величины этой функции об азимуте и угле наклона фронта волны радиосигнала, отличающийся тем, что между вычислением комплексного взаимного спектра и вычислением функции двух аргументов выделяют для каждой пары элементов и каждого частотного поддиапазона спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, превышающие установленный пороговый уровень, при этом пороговый уровень устанавливают равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым для каждой пары элементов отдельно из совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, и отбирают из комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала те спектральные составляющие, из которых были сформированы выделенные спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, вычисляют функцию двух аргументов с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности антенных элементов и весовых коэффициентов измерений для каждой пары элементов, а число элементов антенной системы, число образуемых ими пар, формы амплитудных и фазовых двумерных диаграмм направленности и взаимное расположение элементов выбирают таким образом, чтобы при вычислении опорной функции по формуле:

ее значения удовлетворяли следующим условиям:

Fo(θ=θu±Δθm, β=βu±Δβm, λмах)≤Km·Fo(θ=θu, β=βu, λмах) и

Fo,лмах(θ=θлмах, β=βлмах, θu, βu, λмин)≤Kз·Fo(θ=θu, β=βu, λмин);

где θ и β-аргументы функции F0, определяющие возможные значения соответственно азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, изменяющиеся в диапазоне рабочих углов пеленгования и характеризуемые для азимута как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между принятой осевой линией антенной системы пеленгатора в плоскости горизонта и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость горизонта, а для угла наклона фронта волны радиосигнала как угол между направлением вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала и плоскостью горизонта;

θu и βu - истинные значения азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала в диапазоне рабочих углов пеленгования;

λ - длина волны радиосигнала;

р - текущий номер пары, образованной элементами с номерами k и l, подключаемыми соответственно к первому и второму входам двухканального приемника, от 1 до Р;

Ak=Ak(θ, β, Rk, λ) и A1=A1(θ, β, R1, λ) - двумерные диаграммы направленности по мощности в сферической системе координат соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ую пару, для данного поддиапазона частот с длиной волны сигнала λ, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы;

Rk, R1 - расстояния между фазовым центром антенной системы, расположенным в начале координат, и фазовым центром k-го и l-го антенного элемента (АЭ) соответственно;

Ak,u=Ak(θ=θu, β=βu, Rk, λ) и Al,u=Al(θ=θu, β=βu, R1, λ) - значения двумерных диаграмм направленности по мощности соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ую пару, для θ=θu и β=βu;

ϕkk(θ, β, Rk, λ) и ϕll(θ, β, R1, λ) - двумерные фазовые диаграммы соответственно k-го и l-го элементов относительно фазового центра антенной системы в сферической системе координат, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы;

ϕk,uk(θ, β=βu, Rk, λ) и ϕl,ul(θ=θu, β=βu, R1, λ) - значения набега фаз сигналов на выходах соответственно k-го и l-го элементов относительно фазового центра антенной системы при θ=θu и β=βu;

Δθm, Δβm и Km - задаваемые значения параметров по азимуту, углу наклона фронта волны радиосигнала и коэффициент, меньший единицы, определяющие требуемую точность пеленгования;

Fо,лмах - значение функции Fo(θ, θu, β, βu, λ), соответствующее наибольшему из локальных максимумов с аргументами θлмах и βлмах для λмин;

λмах и λмин - соответственно максимальная и минимальная длины волн радиосигналов в заданном рабочем диапазоне частот;

КЗ - задаваемый коэффициент запаса, меньший единицы, определяющий требуемую достоверность пеленгования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают из N элементов антенной системы М элементов в количестве не менее одного для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника, дополнительно последовательно во времени преобразуют сигналы от каждого из М элементов двухканальным приемником и получают спектральные характеристики путем измерения на совпадающих интервалах времени комплексных спектров сигналов на выходе каждого канала двухканального приемника при одновременном подключении к его входам каждого из М элементов, разделяют дополнительно полученные комплексные спектры на выбранные частотные поддиапазоны, запоминают эти спектры и вычисляют для каждого из М элементов и для каждого частотного поддиапазона комплексный взаимный спектр между сигналами на выходах двухканального приемника, выделяют для каждого из М элементов и каждого частотного поддиапазона спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, превышающие установленный пороговый уровень, при этом пороговый уровень устанавливают равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым из общей совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, образованной объединением всех совокупностей спектральных составляющих, полученных при подключении каждого из М элементов к двухканальному приемнику, М элементов антенной системы для измерения разноканальности двухканального приемника выбирают таким образом, чтобы при вычислении обобщенной двумерной диаграммы направленности по мощности для совокупности этих элементов по формуле:

Аом(θ, β, λ)=мах{АМ(θ, β, λ), м∈М} по всем возможным рабочим азимутам и углам наклона фронта волны радиосигнала ее значения удовлетворяли следующему условию:

где мах{АМ(θ, β, λ), м∈М} - значения двумерной диаграммы направленности по мощности того из М элементов, у которого эта диаграмма для данной совокупности θ, β и λ имеет наибольшие значения из всех двумерных диаграмм направленностей М выбранных элементов;

Аом,мин и Аом,мах - соответственно минимальное и максимальное значение обобщенной двумерной диаграммы направленности по мощности для совокупности М элементов в рабочем диапазоне углов пеленгования;

КН - задаваемая допустимая относительная неравномерность двумерных диаграмм направленности по мощности элементов, отбираемых для измерения разноканальности приемника, а функцию двух аргументов вычисляют по формуле:

где qр - весовой коэффициент измерений для р-ой пары элементов;

Qризм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику р-ой пары элементов, образованной при подключении k-го элемента к первому входу, а l-го элемента ко второму входу двухканального приемника;

Арпу - амплитудная разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

qop - относительный весовой коэффициент при измерении Оризм и (ϕризм для р-ой пары элементов;

ϕризм - сдвиг фаз между сигналами на выходах приемника, измеряемый при подключении к его входам р-ой пары элементов;

ϕрпу - фазовая разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

при этом qp, Qризм, Арпу, qop, ϕризм и ϕрпу вычисляют по формулам:

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Вр - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику р-ой пары элементов, совпадающее с числом отобранных спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов соответственно, из которых сформирована совокупность выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень для данного выбранного частотного поддиапазона при подключении к двухканальному приемнику р-ой пары элементов;

Pil и Pi2 - мощности i-ой спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

м - текущий номер элемента, подключаемого ко входам двухканального приемника, от 1 до М;

ВM - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента, совпадающее с числом отобранных спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов соответственно, из которых сформирована совокупность выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень для данного выбранного частотного поддиапазона при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента;

Imi и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-ой составляющей комплексного взаимного спектра.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что один из элементов антенной системы выбирают опорным и общим для всех пар элементов, подключают его ко второму входу двухканального приемника постоянно, каждый из остальных элементов последовательно во времени подключают к первому входу двухканального приемника на время измерения соответствующих комплексных спектров и вычисляют функцию двух аргументов по формуле:

где k и l - текущие номера пар элементов, образованных при подключении к первому входу двухканального приемника соответственно k-го или l-го элементов из совокупности остальных N-1 элементов, k изменяется от 1 до K≤N-l, l изменяется от 2 до L≤N-2;

qk, ql - весовые коэффициенты измерений для k-ой и l-ой пары элементов соответственно;

Qkизм и Qlизм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-ой или l-ой пары элементов;

qok и qol - относительные весовые коэффициенты при измерении Qkизм, Qlизм, ϕkизм и ϕlизм для соответствующих k-ой и l-ой пары элементов;

ϕkизм и ϕlизм - сдвиг фаз между сигналами на выходах двухканального приемника, измеряемый при подключении к его входам соответственно k-ой или l-ой пары элементов;

при этом в качестве опорного выбирают элемент, двумерная диаграмма направленности по мощности которого удовлетворяет условию:

где Ао,мин и Ао,мах - соответственно минимальное и максимальное значение двумерной диаграммы направленности по мощности опорного элемента в рабочем диапазоне углов пеленгования;

Кно - задаваемый коэффициент относительной неравномерности двумерной диаграммы направленности по мощности опорного элемента;

a qk, ql, Qkизм, Qlизм, qokl, qol, ϕkизм и ϕlизм вычисляют по формулам:

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Bk, Bl - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-ой или l-ой пары элементов, совпадающее с числом отобранных спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов соответственно, из которых сформирована совокупность выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень для данного выбранного частотного поддиапазона при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-ой или l-ой пары элементов;

Pi1 и Pi2 - мощности i-ой спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

Imi и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-ой составляющей комплексного взаимного спектра.

4. Пеленгатор, содержащий антенную систему, состоящую из N элементов в количестве не менее трех, коммутатор, подсоединенный к ней, двухканальный приемник, подсоединенный к коммутатору и выполненный с общим гетеродином для первого и второго каналов, выходы которых подключены к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю, блоку преобразования Фурье, запоминающему устройству компонент спектров сигналов на выходах двухканального приемника, вычислителю параметров взаимного спектра, выполненными двухканальными соответственно с первым и вторым каналами, а также вычислитель пеленга, выполненный с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, и генератор синхроимпульсов, подсоединенный к управляющему входу коммутатора и к синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, запоминающего устройства компонент спектра сигналов на выходах двухканального приемника, вычислителя параметров взаимного спектра и вычислителя пеленгов, отличающийся тем, что в состав пеленгатора введен блок выделения и отбора спектральных составляющих, один вход которого подключен к выходу вычислителя параметров взаимного спектра, второй и третий входы подключены к выходам запоминающего устройства компонент спектра, выход блока выделения и отбора спектральных составляющих подключен к входу вычислителя пеленга, а его синхровход подключен к выходу генератора синхроимпульсов, при этом блок выделения и отбора спектральных составляющих выполнен с возможностью выделения для каждой пары элементов и каждого частотного поддиапазона спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень, и отбора из комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала тех спектральных составляющих, из которых были сформированы выделенные спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, пороговый уровень в блоке выделения и отбора спектральных составляющих комплексного взаимного спектра устанавливается равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым для каждой пары элементов отдельно из совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала с учетом пеленговой информации, содержащейся в двумерных диаграммах направленности по мощности антенных элементов и весовых коэффициентов измерений для каждой пары элементов, а число элементов антенной системы, число образуемых ими пар, формы амплитудных и фазовых двумерных диаграмм направленности и взаимное расположение элементов выбраны таким образом, чтобы при вычислении опорной функции по формуле:

ее значения удовлетворяли следующим условиям:

Fo(θ=θu±Δθm, β=βu±Δβm, λмах)≤Km·Fo(θ=θu, β=βu, λмах) и

Fo,лмах(θ=θлмах, β=βлмах, θu, βu, λмин)≤Kз·Fo(θ=θu, β=βu, λмин);

где θ и β - аргументы функции F0, определяющие возможные значения соответственно азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала, изменяющиеся в диапазоне рабочих углов пеленгования и характеризуемые для азимута как угол, отсчитываемый по часовой стрелке между принятой осевой линией антенной системы пеленгатора в плоскости горизонта и проекцией направления вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала на плоскость горизонта, а для угла наклона фронта волны радиосигнала как угол между направлением вектора распространения электромагнитной волны радиосигнала и плоскостью горизонта;

θu и βu - истинные значения азимута и угла наклона фронта волны радиосигнала в диапазоне рабочих углов пеленгования;

р - текущий номер пары, образованной элементами с номерами k и l, подключаемыми соответственно к первому и второму входам двухканального приемника, от 1 до Р;

Ak=Ak(θ, β, Rk, λ) и A1=A1(θ, β, R1, λ) - двумерные диаграммы направленности по мощности в сферической системе координат соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ую пару, для данного поддиапазона частот с длиной волны сигнала λ, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы;

Rk, R1 - расстояния между фазовым центром антенной системы, расположенным в начале координат, и фазовым центром k-го и l-го антенного элемента соответственно;

Ak,u=Ak(θ=θu, β=βu, Rk, λ) и A1,u=A1(θ=θu, β=βu, R1, λ) - значения двумерных диаграмм направленности по мощности соответственно k-го и l-го элементов, образующих р-ую пару, для θ=θu и β=βu;

ϕkk(θ, β, Rk, λ) и ϕ11(θ, β, R1, λ) - двумерные фазовые диаграммы соответственно k-ro и l-го элементов относительно фазового центра антенной системы в сферической системе координат, рассчитываемые теоретически или измеряемые при юстировке антенной системы;

ϕk,uk(θ=θu, β=βu,Rk, λ) и ϕl,ul(θ=θu, β=βu, Rl, λ) - значения набега фаз сигналов на выходах соответственно k-ro и l-го АЭ относительно фазового центра антенной системы для θ=θu и β=βu;

Δθm, Δβm и Кm - задаваемые значения параметров по азимуту, углу наклона фронта волны радиосигнала и коэффициент, менее единицы, определяющие требуемую точность пеленгования;

Fо.лмах - значение функции Fo(θ, θu, β, βu, λ), соответствующее наибольшему из локальных максимумов с аргументами θлмах и βлмах для λмин;

λмах и λмин - соответственно максимальная и минимальная длины волн радиосигналов в заданном рабочем диапазоне частот;

КЗ - задаваемый коэффициент запаса, меньший единицы, определяющий требуемую достоверность пеленгования.

5. Пеленгатор по п.4, отличающийся тем, что выбирают из N элементов антенной системы М элементов в количестве не менее одного для измерения амплитудной и фазовой разноканальности двухканального приемника, при этом совокупность М элементов антенной системы для измерения разноканальности приемника выбирают таким образом, чтобы при вычислении обобщенной двумерной диаграммы направленности по мощности для совокупности этих элементов по формуле: Аом(θ, β, λ)=мах{АM(θ, β, λ), м∈М} по всем возможным рабочим азимутам и углам наклона фронта волны радиосигнала ее значения удовлетворяли следующему условию:

где мах{АM(θ, β, λ), м∈М} - значение двумерной диаграммы направленности по мощности того из М элементов, у которого эта диаграмма для данной совокупности θ, β и λ, имеет наибольшие значения из всех двумерных диаграмм направленностей М выбранных элементов;

Аом,мин и Аом,мах - соответственно минимальное и максимальное значение обобщенной двумерной диаграммы направленности по мощности для совокупности М элементов в рабочем диапазоне углов пеленгования;

КH - задаваемая допустимая относительная неравномерность двумерных диаграмм направленности по мощности элементов, отбираемых для измерения разноканальности приемника;

коммутатор выполнен с возможностью подключения последовательно во времени любой пары элементов, образованной из N элементов по два в любой комбинации и каждого из М элементов к обоим входам двухканального приемника, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход коммутатора для последовательного во времени подключения коммутатором любой пары элементов и каждого из М элементов к обоим входам двухканального приемника, блок выделения и отбора спектральных составляющих выполнен с дополнительной возможностью выделения для каждого из М элементов и каждого частотного поддиапазона спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень, и отбора из комплексных спектров сигналов на выходах каждого канала тех спектральных составляющих, из которых были сформированы выделенные спектральные составляющие комплексного взаимного спектра, при этом пороговый уровень в блоке вьделения и отбора спектральных составляющих комплексного взаимного спектра устанавливается равным одной четверти от мощности спектральной составляющей комплексного взаимного спектра с максимальным уровнем, определяемым для М элементов из общей совокупности спектральных составляющих данного выделенного частотного поддиапазона, образованной объединением совокупностей спектральных составляющих, полученных при подключении каждого из М элементов к двухканальному приемнику, а вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления функции двух аргументов и определения аргументов этой функции для ее максимального значения по формулам:

F(θ=θo, β=βo)=max,

где qp - весовой коэффициент измерений для р-ой пары элементов;

Qризм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику р-ой пары элементов, образованной при подключении k-го элемента к первому входу, а l-го элемента ко второму входу двухканального приемника;

Apny - амплитудная разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

qop - относительный весовой коэффициент при измерении Qризм и ϕризм для р-ой пары элементов;

ϕризм - сдвиг фаз между сигналами на выходах приемника, измеряемый при подключении к его входам р-ой пары элементов;

ϕpny - фазовая разноканальность приемника, измеряемая при подключении к обоим входам приемника каждого из М элементов;

θ0 и β0 - аргументы, определяемые как искомые азимут и угол наклона фронта волны радиосигнала;

при этом qp, Qризм, Арпу, qор, ϕризм и ϕрпу вычисляют по формулам:

где i - номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Вр - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику р-ой пары элементов, совпадающее с числом отобранных спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов соответственно, из которых сформирована совокупность выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень для данного выбранного частотного поддиапазона при подключении к двухканальному приемнику р-ой пары элементов;

Pil и Pi2 - мощности i-ой спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

м - текущий номер элемента, подключаемого ко входам двухканального приемника, от 1 до М;

ВM - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента, совпадающее с числом отобранных спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов соответственно, из которых сформирована совокупность выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень для данного выбранного частотного поддиапазона при подключении к двухканальному приемнику м-го элемента;

Imi и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-ой составляющей комплексного взаимного спектра.

6. Пеленгатор по п.4, отличающийся тем, что один из элементов антенной системы выбран опорным и общим для всех пар элементов, при этом в качестве опорного выбирают элемент, двумерная диаграмма направленности по мощности которого удовлетворяет условию:

где Ао,мин и Ао,мах - соответственно минимальное и максимальное значение двумерной диаграммы направленности по мощности опорного элемента в рабочем диапазоне углов пеленгования;

Кно - задаваемый коэффициент относительной неравномерности двумерной диаграммы направленности по мощности опорного элемента;

коммутатор выполнен с возможностью подключения опорного элемента ко второму входу двухканального приемника постоянно и подключения к первому входу двухканального приемника последовательно во времени каждого из остальных элементов на время измерения соответствующих комплексных спектров, генератор синхроимпульсов выполнен с возможностью выдачи команд на управляющий вход коммутатора для подключения к первому входу двухканального приемника последовательно во времени каждого из остальных элементов на время измерения соответствующих комплексных спектров, а вычислитель пеленга выполнен с возможностью вычисления функции двух аргументов и определения аргументов этой функции для ее максимального значения по формулам:

где k и l - текущие номера пар элементов, образованных при подключении к первому входу двухканального приемника соответственно k-го или l-го элементов из совокупности остальных N-1 элементов, k изменяется от 1 до K≤N-1, l изменяется от 2 до L≤N-2;

qk, q1 - весовые коэффициенты измерений для k-ой и l-ой пары элементов соответственно;

Qkизм и Qlизм - отношение мощности сигнала на выходе первого канала двухканального приемника к мощности сигнала на выходе второго канала двухканального приемника, измеряемое при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-ой или l-ой пары элементов;

qok и qol - относительные весовые коэффициенты при измерении Qkизм, Qlизм, ϕkизм и ϕlизм для соответствующих k-ой и l-ой пары элементов;

ϕkизм и ϕlизм - сдвиг фаз между сигналами на выходах двухканального приемника, измеряемый при подключении к его входам соответственно k-ой или l-ой пары элементов;

θ0 и β0 - аргументы, определяемые как искомые азимут и угол наклона фронта волны радиосигнала;

а qk, ql, Qkизм, Qlизм, qok, qol, ϕkизм и ϕlизм, вычисляют по формулам:

где i-номер спектральной составляющей комплексного взаимного спектра и спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов, из которых сформирована данная спектральная составляющая комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона;

Bk, Bl - число выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра для данного выбранного частотного поддиапазона, превышающих установленный пороговый уровень при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-ой или l-ой пары элементов, совпадающее с числом отобранных спектральных составляющих комплексных спектров на выходах первого и второго каналов соответственно, из которых сформирована совокупность выделенных спектральных составляющих комплексного взаимного спектра, превышающих установленный пороговый уровень для данного выбранного частотного поддиапазона при подключении к двухканальному приемнику соответственно k-ой или l-ой пары элементов;

Pil и Pi2 - мощности i-ой спектральной составляющей комплексного спектра на выходах первого и второго каналов двухканального приемника соответственно;

Imi и Rei - соответственно мнимая и реальная компоненты i-ой составляющей комплексного взаимного спектра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в РЛС с непрерывным зондирующим сигналом, в частности в бистатических радиолокационных комплексах по методу локации “на просвет”.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в обзорных радиолокационных станциях. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для пеленгования радиосигналов источников радиоизлучения (ИРИ) при размещении антенного устройства на поверхности подвижного носителя.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для пассивного радиоконтроля в двух- и многоканальных системах, предназначенных для пеленгации и имеющих одну антенную систему, способную обеспечивать одновременную индикацию направления прихода различных сигналов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиолокации, в частности к бистатической радиолокации. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в устройствах обработки запросных сигналов и излучения ответного сигнала в том направлении, в котором был получен более мощный запросный сигнал.

Изобретение относится к радиолокации и радионавигации и может быть использовано для радиопеленгования источников электромагнитных волн. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения пеленга на источник априорно неизвестного сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в моноимпульсных импульсно-доплеровских радиолокационных станциях, в которых для обеспечения жестких требований по массе и габаритам в приемниках суммарного и разностного каналов имеется по одной квадратуре.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования источников радиоизлучения. .

Изобретение относится к радиопеленгации, в частности к пассивным моноимпульсным пеленгаторам, определяющим линию положения (ЛП) источника радиоизлучения (ИРИ). .

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

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обработки сигналов при амплитудной пеленгации. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для пеленгования радиосигналов источников радиоизлучений в условиях изменяющейся на интервале пеленгования интенсивности и формы спектра сигналов, а также в тех случаях, когда применяемые в антенной системе пеленгатора антенные элементы имеют существенные направленные свойства

Наверх