Пространственно-частотный анализатор спектра радиосигналов

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системе радиоконтроля и в пассивной радиолокации для обнаружения и определении пространственных координат источников излучения. В состав устройства входит четное количество изотропно расположенных на ней антенных элементов, квадратурный автокомпенсатор, генератор качающейся частоты, спецвычислитель с индикатором. Принцип работы устройства заключается в том, что за счет соединения выходов двух центральных элементов решетки с входами корреляционного автокомпенсатора в нем производится вычисление разности фаз их выходных сигналов, которое в дальнейшем за счет соединения балансного усилителя автокомпенсатора с шиной управления балансными усилителями антенных элементов использовано для последовательного суммирования выходных сигналов остальных элементов решетки всех элементов в целом, и формирование таким образом в спецвычислителе результирующей диаграммы всей решетки в направлении источник сигнала. Процессы поиска источников по частоте за счет перестройки частоты в генераторе качающейся частоты и в пространстве за счет когерентного суммирования выходных откликов антенных элементов оказываются взаимоувязаны, что проявляется в том, т.е. в ходе накопления энергии сигнала в частотном фильтре анализатора одновременно производится формирование диаграммы направленности антенны на источник. В свою очередь формирование ДНА повышает уровень энергии сигнала в частотном фильтре. Технический результат заключается в сокращении времени поиска источника сигнала. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Изобретение относится к области радиотехники, класс устройств по МПК G01R 23/00, и может использоваться для радиотехнических измерениях и при поиске источников сигналов в системах радиоконтроля и радиоразведке (источник: A.M. Рембовский и др., Радиомониторинг, М., Горячая линия - Телеком, 2006, [1]).

Уровень техники

Известные схемы анализаторов спектра (Фиг. 1, источник) за счет изменения частоты гетеродина последовательно перемещает спектр исследуемого сигнала по оси частот относительно узкополосного фильтра ПЧ и отображает амплитудный спектр исследуемого сигнала на дисплее. Это позволяет измерить параметры сигнала и классифицировать его по типу излучения. Поэтому одной из области применения анализаторов являются станции радиотехнической разведки типа «Валерия» (источник: rusarmy.com>pvo/pvo_ws/rtr_valeria.html, [2]), «Вега» и других станциях пассивной разведки (источник: сайт «Российская военная техника», [3]). Структура современного анализатора, которая выбрана в качестве прототипа (источник: В. Дьяконов. Современные цифровые анализаторы спектра. Компоненты и технологии. №5, 2010), представлена на Фиг. 2. На фигуре приведены выполняемые им функции. Функция определения направления (пространственных координат) на анализируемые источники сигналов в прототипе отсутствует. Поэтому для решения задач идентификации источников радиоизлучений, кроме последовательного поиска источников по частоте, необходимо за счет перемещения диаграммы направленности антенны (ДНА) производить поиск в пространстве. Данное обстоятельство не отвечает требованию оперативности.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей анализаторов спектра за счет введения в анализ спектра принимаемого сигнала дополнительной функции - при перестройке частоты автоматически производится формирование ДНА на источник сигнала и определение таким образом его угловых координат.

Техническим результатом (и тактическим) такого совмещения является:

1. Сокращение времени общего частотно-пространственного анализа сигналов.

2. Повышение энергетического потенциала анализатора. Этот результат реализуется за счет взаимной связи накопления энергии сигнала в частотном фильтре анализатора с формированием на источник ДНА диаграммы направленности антенны (ДНА).

3. Повышение точности измеряемых пространственных координат за счет использования в предлагаемом анализатора наиболее точного фазового метода пеленгации источника.

Сущность изобретения поясняется чертежами

На Фиг. 1 и Фиг. 2 сохранены наименования элементов (так в оригиналах).

Фиг.3: Am - приемные элементы АР, 1 - балансные усилители квадратурных составляющих выходных сигналов антенных элементов, 4 - генератор качающейся частоты, 10 - спецвычислитель, 3 - смесители, 5 - частотные фильтры, АК - корреляционный автокомпенсатор, 6 - вычитающее устройство АК, 7 - коррелятор АК, 8 - балансный усилитель АК, 9 - комплексный преобразователь.

Осуществление изобретения

Предлагаемый пространственно-частотный анализатор содержит линейную антенную решетку с 2*m (A₁, A₂, … A_2m) эквидистантно расположенными в ней элементарными антеннами, балансные усилители 1, генератор качающейся частоты 4, спецвычислитель с индикатором 10, смесители 3, частотные фильтры 5 и квадратурный корреляционный автокомпенсатор (АК) с собственными блоком вычитания 6, коррелятором 7 и балансным усилителем 8, отличающийся тем, что выход квадратурных составляющих сигнала первого антенного элемента А₁ антенной решетки и аналогично выход последнего антенного элемента A_2m через идентичные регулируемые балансные усилители 1 соединены с соответствующими сигнальными выходами смежных с ними антенных элементов и далее через аналогичные балансные усилители 1 соединены с выходами всех последующих антенных элементов вплоть до двух центральных антенных элементов A_m и A_m+1, выход одного из них A_m через смеситель 3 и частотный фильтр 5 соединен с одним из входов (Вход 1) спецвычислителя 10 и параллельно соединен с основным "а" входом корреляционного автокомпенсатора и далее соединен с блоком вычитания 6 автокомпенсатора, выход которого в свою очередь соединен с одним из входов коррелятора 7 автокомпенсатора, а выход второго центрального элемента антенны A_m+1 через аналогичные свои смеситель 3 и частотный фильтр 5 соединен с вторым (Вход 2) входом спецвычислителя и с компенсационным входом автокомпенсатора АК и через него параллельно соединен с входами штатного для автокомпенсатора балансного усилителя 8 и вторым входом упомянутого коррелятора 7 автокомпенсатора, выход балансного усилителя автокомпенсатора 8 соединен с вторым входом вычитающего устройства автокомпенсатора 6, выход коррелятора автокомпенсатора 7 соединен с управляющим входом балансного усилителя автокомпенсатора 8 и параллельно соединен с шинами управления балансными усилителями антенных элементов "d" и "с", причем с шиной управления антенными элементами одной группы соединен непосредственно, а с шиной управления балансными усилителя другой группы через блок комплексного преобразователя 9, а выход генератора качающейся частоты 4 соединен с гетеродинными входами смесителей 3.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Радиосигналы с выхода обоих центральных элементов антенны поступают соответственно на основной "a" и компенсационный "b" входы автокомпенсатора (АК) и после понижения частоты в смесителе 3 и выделения в фильтре 5 через вычитающее устройство 6, а в компенсационном канале после смесителя и фильтра оба сигнала поступают на коррелятор 7. На выходе коррелятора автокомпенсатора 7 за счет обратной связи через балансный усилитель 8 и вычитающее устройство 6 вырабатывается нормированные квадратурные составляющие пропорциональные разности фаз сигналов центральных антенных элементов. Значения этих квадратурных составляющих подаются на спецвычислитель, где вычисляется пеленг на сигнал и производится индикация данных об источнике сигнала, и по той же шине управления подаются на балансные усилители 1, включенные между парциальными антеннами решетки. Балансные усилители выполняют роль фазовращателей и устраняют сдвиги фаз между антенными элементами, вследствие чего производится синфазное суммирование сигналов обеих групп антенных элементов и в спецвычислителе 10 формируется сумма и разность сигналов, вычисляются его пространственные координаты и принимается решение о принадлежности сигнала к тому или иному классу.

Все элементы, используемые в предлагаемом устройстве, известны и широко используются в антенной технике. Функционирование устройства с 40 антенными элементами (по 20 в каждой из подгрупп) подтверждено результатами математического моделирования в динамическом диапазоне входных сигналов 20 дБ. С уменьшением количества обрабатываемых антенных элементов динамический диапазон работы антенны возрастает до 30 дБ. Отметим, что в предлагаемой решетке осуществляется последовательное когерентное суммирование сигналов, что повышает надежность обнаружения сигналов по сравнению с параллельным, в которых начальное отношение сигнал-шум за счет суммирования шумов всех элементов всегда ниже, чем на выходах каждого элемента в отдельности.

Пространственно-частотный анализатор, содержащий линейную антенную решетку с 2*m эквидистантно расположенными в ней элементарными антеннами, балансные усилители, генератор качающейся частоты, спецвычислитель с индикатором, смесители, частотные фильтры и квадратурный корреляционный автокомпенсатор с собственными блоками вычитания, коррелятором и балансным усилителем, отличающийся тем, что выход квадратурных составляющих сигнала первого антенного элемента антенной решетки и аналогично выход последнего антенного элемента через идентичные регулируемые балансные усилители соединены с соответствующими сигнальными выходами смежных с ними антенных элементов и далее через аналогичные балансные усилители соединены с выходами всех последующих антенных элементов вплоть до двух центральных антенных элементов, выход одного из них через смеситель и частотный фильтр соединен с одним из входов спецвычислителя и параллельно соединен с основным входом корреляционного автокомпенсатора и далее соединен с блоком вычитания автокомпенсатора, выход которого в свою очередь также соединен с одним из входов коррелятора автокомпенсатора, а выход второго центрального элемента антенны через аналогичные свои смеситель и частотный фильтр соединен с вторым входом спецвычислителя и компенсационным входом автокомпенсатора и через него параллельно соединен с входами штатного для автокомпенсатора балансного усилителя и вторым входом упомянутого коррелятора автокомпенсатора, выход балансного усилителя автокомпенсатора соединен с вторым входом вычитающего устройства автокомпенсатора и параллельно соединен с вторым входом спецвычислителя, выход коррелятора автокомпенсатора соединен с управляющим входом балансного усилителя автокомпенсатора и параллельно соединен с шинами управления балансными усилителями антенных элементов, причем с шиной управления антенными элементами второй группы соединен непосредственно, а с шиной управления балансными усилителями первой группы - через блок комплексного преобразователя, выход генератора качающейся частоты соединен с гетеродинными входами обоих смесителей.