Узкополосное устройство корреляционной обработки сигналов

Авторы патента:

Миронов Владимир Владимирович (RU)

Валяев Игорь Николаевич (RU)

Смирнов Александр Алексеевич (RU)

Коваленко Владимир Павлович (RU)

G01S7/292 - выделяющие требуемые эхо-сигналы (доплеровские системы G01S 13/50)

G01S3/48 - с непрерывно или прерывисто поступающими на антенны волнами, и измерением фазового сдвига между полученными из этих волн сигналами

G01S3/465 - Пеленгаторы для определения направления, с которого поступают инфразвуковые, звуковые, ультразвуковые колебания, электромагнитные волны или потоки элементарных частиц, не имеющие выраженной направленности (определение местоположения путем сопоставления в одной системе координат нескольких найденных направлений или пеленгов G01S 5/00; для геофизических измерений G01C; установка телескопов G02B)

G01S3/46 - с использованием разнесенных антенн и измерением фазового сдвига или временного запаздывания снимаемых с них сигналов (системы определения разности пути, пройденного сигналом)

G01S13/4454 - Системы, использующие отражение или вторичное излучение радиоволн, например радарные системы. Аналогичные системы, использующие отражение или вторичное излучение волн, в которых длина волн или тип волн несущественны (с использованием акустических волн G01S 15/00; с использованием электромагнитных волн иных, чем радиоволны G01S 17/00).

G01S13/44 - моноимпульсные радиолокационные системы, т.е. системы с одновременным перемещением антенны

Владельцы патента RU 2704241:

Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" (RU)

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в качестве устройства корреляционной обработки сигналов в составе корреляционно-фазового пеленгатора. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности измерения разности фаз обрабатываемых сигналов от динамичных источников излучения. Технический результат достигается за счет использования управляемого фазовращателя и фазовой автоподстройки частоты вилочного гетеродина, при этом фазовая автоподстройка частоты вилочного гетеродина позволяет компенсировать фазовые набеги обрабатываемых сигналов на входе перемножителя, за счет чего частота сигнала на выходе перемножителя соответствует резонансной частоте узкополосного фильтра, что дает возможность уменьшать полосу пропускания этого фильтра. Сужение полосы пропускания узкополосного фильтра уменьшает шумовую ошибку измерения разности фаз обрабатываемых сигналов. 1 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в качестве устройства корреляционной обработки сигналов в составе корреляционно-фазового пеленгатора.

Известны устройства корреляционной обработки сигналов, такие как А.С. СССР 1155970, патент РФ 2624409, Винокуров В.И., Ваккер Р.А. Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах. - М.: Сов. радио, 1972., Радиотехнические тетради, №55, 2015 г., стр. 38.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство корреляционной обработки сигналов (Радиотехнические тетради, №55, 2015 г., стр. 38), которое и выбрано в качестве прототипа.

Известное устройство содержит первый и второй смесители, входы которых являются первым и вторым входами устройства, последовательно соединенные с ними первый и второй полосовые фильтры, выходы которых соединены с первым и вторым входами перемножителя соответственно, выход которого через узкополосный фильтр соединен с первым входом фазометра, выход которого является выходом устройства, вилочный гетеродин, первый и второй выход которого соединен со вторыми входами смесителей соответственно, на второй вход фазометра подается разностная частота вилочного гетеродина. Недостатком прототипа является то, что при обработке сигналов с динамично изменяющейся разностью фаз, за счет разностно-допплеровского смещения частоты сигнала на выходе перемножителя, необходимо расширять полосу пропускания узкополосного фильтра. Расширение полосы пропускания узкополосного фильтра приводит к увеличению шумовой ошибки измерения разности фаз.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками прототипа:

включение в структуру устройства двух смесителей, двух полосовых фильтров, перемножителя, узкополосного фильтра и вилочного гетеродина.

Патентуемое изобретение - узкополосное устройство корреляционной обработки сигналов решает задачу повышения точности измерения разности фаз обрабатываемых сигналов от динамичных источников излучения.

Технический результат - патентуемое изобретение обеспечивает создание приемников корреляционно-фазовых пеленгаторов с высокоточным измерением разности фаз обрабатываемых сигналов от динамичных источников излучения.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг. 1 показана структурная схема узкополосного устройства корреляционной обработки сигналов.

Узкополосное устройство корреляционной обработки сигналов содержит первый и второй смесители 1 и 2, входы которых являются первым и вторым входами устройства соответственно, последовательно соединенные с ними первый и второй полосовые фильтры 3 и 4, выходы которых соединены с первым и вторым входами перемножителя 5 соответственно, выход которого через узкополосный фильтр 6 соединен с первым входом фазового детектора 7, последовательно соединенный с ним блок фазовой автоподстройки частоты 8, выход которого соединен с управляющим входом фазовращателя 9, вилочный гетеродин 10, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами смесителей 1 и 2 соответственно, вход разностной частоты вилочного гетеродина 10 соединен с выходом фазовращателя 9, опорная частота подается на второй вход фазового детектора 7 и на вход фазовращателя 9, выходом устройства является информационный выход фазовращателя 9.

Структура предлагаемого устройства отличается от прототипа наличием фазового детектора 7, блока фазовой автоподстройки частоты 8 и фазовращателя 9.

Устройство работает следующим образом.

На входы устройства поступают сигналы, отличающиеся разностью фаз. Рассмотрим работу устройства с гармоническими сигналами, а именно

u₁=cos(2πƒ_ct+ϕ₁) и u₂=cos(2πƒ_ct+ϕ₂)

где ƒ_c - частота сигнала, ϕ₁ и ϕ₂ - фазы сигналов.

Здесь и далее, для упрощения, будем считать амплитуды сигналов единичными, т.к. их уровень не влияет на принцип работы устройства.

После преобразования в смесителях 1 и 2 с помощью вилочного гетеродина 10, частоты которого имеют заданный разнос ƒ_г-F и ƒ_г, и фильтрации полосовыми фильтрами 3 и 4, сигналы принимают вид

u₃=cos[2π(ƒ_пр+F)t+ϕ₁] и u₄=cos(2πƒ_прt+ϕ₂), где ƒ_пр=ƒ_с-ƒ_г.

Заданный разнос частот вилочного гетеродина 10 формируется путем подачи на его вход опорного гармонического сигнала u_о=cos2πFt.

После перемножения выходных сигналов полосовых фильтров 3 и 4 с помощью перемножителя 5 получаем гармонический сигнал, частота которого соответствует частоте разноса вилочного гетеродина, а фаза - разности фаз входных сигналов

u₅=cos(2πFt+Δϕ), где Δϕ=ϕ₁-ϕ₂.

При работе с сигналами динамичных источников излучения разность фаз этих сигналов изменяется во времени. Это эквивалентно изменению частоты сигнала на выходе перемножителя, Δϕ(t)=2πF_d. При этом выходной сигнал перемножителя принимает вид

u₅=cos2π(F+F_d)t.

Резонансная частота узкополосного фильтра 6 соответствует частоте разноса вилочного гетеродина 10 и равна F. Полоса пропускания узкополосного фильтра 6 должна выбираться исходя из ожидаемой динамики источника излучения, т.е. с учетом F_d. Высокая динамика источника излучения приводит к необходимости значительно расширять полосу пропускания узкополосного фильтра 6, что увеличивает шумовую ошибку измерения разности фаз обрабатываемых сигналов.

Для устранения этого недостатка в предлагаемом изобретении частота разноса вилочного гетеродина подается на вилочный гетеродин 10 не прямо, а через фазовращатель 9. Функциональное назначение фазовращателя 9 - подстроить фазу опорного сигнала вилочного гетеродина u_о под фазу выходного сигнала перемножителя 5. Для этого используется фазовый детектор 7. Выходной сигнал фазового детектора 7 через блок фазовой автоподстройки частоты 8 поступает на управляющий вход фазовращателя 9. Автоматическая подстройка частоты опорного сигнала вилочного гетеродина обеспечивает компенсацию с помощью фазовращателя 9 фазового набега сигнала на выходе перемножителя 5, в результате чего опорный сигнал вилочного гетеродина принимает вид u_о=cos2π(F-F_dk)t, где F_dk - компенсирующий сдвиг частоты опорного сигнала.

После изменения частоты опорного сигнал вилочного гетеродина выходной сигнал перемножителя принимает вид u₅=cos2π(F-F_dk+F_d)t. Работа фазовой автоподстройки частоты обеспечивает следующее соотношение F_dk=F_d, при этом частота выходного сигнала перемножителя соответствует резонансной частоте узкополосного фильтра 6. Это позволяет значительно сузить полосу пропускания узкополосного фильтра и повысить точность измерения разности фаз обрабатываемых сигналов. Введенный фазовращателем 9 компенсирующий фазовый сдвиг равен разности фаз обрабатываемых сигналов. Данная информация поступает с информационного выхода фазовращателя 9, который является выходом узкополосного устройства корреляционной обработки сигналов.

Узкополосное устройство корреляционной обработки сигналов, содержащее первый и второй смесители, входы которых являются первым и вторым входами устройства соответственно, последовательно соединенные с ними первый и второй полосовые фильтры, выходы которых соединены с первым и вторым входами перемножителя соответственно, выход которого соединен с входом узкополосного фильтра, и вилочный гетеродин, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами смесителей соответственно, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные фазовый детектор и блок фазовой автоподстройки частоты, причем первый вход фазового детектора соединен с выходом узкополосного фильтра, и фазовращатель, причем выход блока фазовой автоподстройки частоты соединен с управляющим входом фазовращателя, выход которого соединен с входом разностной частоты вилочного гетеродина, опорная частота подается на второй вход фазового детектора и на вход фазовращателя, информационный выход фазовращателя является выходом устройства.

Изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано для определения дальности до сканирующего источника радиоизлучения и определения азимутального направления на сканирующий источник радиоизлучения в пассивных (полуактивных) многопозиционных радиолокационных системах, содержащих не менее трех синхронизированных по времени приемных пунктов, с совместной обработкой информации на одном из приемных пунктов.

Способ контроля излучения нескольких источников частотно-неразделимых сигналов // 2704027

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач радиоконтроля источников радиоизлучений.

Способ контроля излучения нескольких источников частотно-неразделимых сигналов // 2704027

Способ компенсации помех и радиолокационная станция для его осуществления // 2704007

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от импульсных, в том числе ответных, помех. Достигаемый технический результат - компенсация импульсной помехи, при сохранении условий приема сигналов, отраженных от цели.

Способ компенсации помех и радиолокационная станция для его осуществления // 2704001

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от импульсных, в том числе ответных, помех. Достигаемым техническим результатом является компенсация импульсной помехи, при сохранении условий приема сигналов, отраженных от цели.

Способ компенсации помех и комплекс для его осуществления // 2703999

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от импульсных, в том числе ответных помех. Достигаемый технический результат – компенсация импульсной помехи (ИП) при сохранении условий приема сигналов, отраженных от цели.

Способ локации целей в передних зонах обзора бортовых радиолокационных станций двухпозиционной радиолокационной системы // 2703996

Изобретение относится к средствам многопозиционной локации и картографирования земной поверхности с помощью бортовых радиолокационных станций (БРЛС), установленных на летательных аппаратах (ЛА).

Способ отождествления позиционных измерений и определения местоположения воздушных объектов в многопозиционной радионавигационной системе с использованием многолучевых радиопередатчиков // 2703987

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способу определения местоположения воздушных объектов в многопозиционной радиолокационной системе, развернутой с использованием многолучевых радиопередатчиков из состава наземной локальной пространственно распределенной радионавигационной системы (РНС).

Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели // 2703718

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способу отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, в пространственно-распределенной радионавигационной системе (РНС), содержащей радиопередатчики опорных станций РНС и приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы радиопередатчиков РНС.

Корреляционно-фазовый пеленгатор // 2703715

Изобретение относится к области радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников фазоманипулированных радиосигналов с известной структурой при наличии радиопомех.

Способ пеленгации и широкополосный пеленгатор для его осуществления // 2699079

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой в составе комплекса или как автономное устройство.

Фазовый пеленгатор // 2684321

Изобретение относится к фазовым пеленгаторам и предназначено для использования в авиационных системах радиомониторинга для пеленгации источников радиоизлучений.

Фазовый пеленгатор // 2682165

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой в составе комплекса или как самостоятельное устройство.

Фазовый способ пеленгации и фазовый пеленгатор // 2681203

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников излучения сигналов. Достигаемый технический результат изобретения заключается в повышении точности определения направляющего угла на источник излучения за счет учета формы спектра принимаемых сигналов.

Способ измерения параметров движения летательного аппарата в фазовых угломерно-дальномерных системах и устройство его реализующее // 2649411

Изобретение относится к радиолокации, радионавигации и может быть использовано в радиотехнических комплексах, определяющих параметры движения летательных аппаратов на основе фазового метода измерений.

Фазовый радиопеленгатор // 2634299

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к фазовому радиопеленгатору, содержащему антенную систему, блок управления антенной системой, фазовый модулятор и блок обработки сигналов антенной системы, в состав этого блока обработки сигналов входят устройство формирования азимутальной метки, первый вход которого служит входом блока обработки сигналов антенной системы, а второй вход соединен с выходом фазового модулятора и служит вторым входом блока обработки сигналов антенной системы, и устройство отображения измеренного азимута, вход этого устройства отображения подсоединен к выходу устройства формирования азимутальной метки, а выход служит выходом блока обработки сигналов антенной системы и выходом пеленгатора, причем антенная системы представляет собой либо антенну, перемещаемую в горизонтальной плоскости по кругу с угловой частотой Ω, либо установленные по кругу и коммутируемые с этой частотой антенные элементы, а перемещение антенны или коммутация антенных элементов осуществляются по сигналам с выхода блока управления антенной системой, причем в центре круга установлена неподвижная антенна, при этом кроме сигнала перемещения антенны с частотой Ω в блоке управления антенной системой вырабатывается колебание с частотой, отличающейся от Ω на величину ΔΩ и подаваемое на управляющий вход фазового модулятора, а на сигнальный вход фазового модулятора поступает колебание от центрального вибратора антенной системы, выходное колебание фазового модулятора и сигнал с выхода коммутируемых элементов антенной системы поступают на соответствующие входы устройства формирования азимутальной метки блока обработки сигналов антенной системы, при этом в указанном фазовом радиопеленгаторе в состав блока обработки сигналов антенной системы между устройством формирования азимутальной метки и устройством отображения измеренного азимута введено устройство преобразования сигнала азимутальной метки, вход этого устройства преобразования сигнала азимутальной метки соединен с выходом устройства формирования азимутальной метки блока обработки сигналов антенной системы, а выход устройства преобразования сигнала азимутальной метки подсоединен к входу устройства отображения измеренного азимута блока обработки сигналов антенной системы, при этом устройство преобразования сигнала азимутальной метки содержит последовательно соединенные между собой каскады преобразования сигнала метки, каждый из которых содержит два идентичных усилителя и перемножитель выходных сигналов усилителей, входы обоих усилителей объединены и служат входом каскада, а выходы усилителей соединены с соответствующими входами перемножителя, выход перемножителя служит выходом каскада преобразования, вход первого каскада служит входом устройства преобразования сигнала азимутальной метки, а выход последнего каскада является выходом устройства преобразования сигнала азимутальной метки.

Радиопеленгатор // 2588595

Предлагаемое изобретение относится к радионавигационным устройствам и может быть использовано для установки на летательный аппарат поиска и обнаружения поисковых маяков.

Способ измерения угла крена подвижного объекта и устройство для его реализации // 2485538

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в навигационных системах ориентации летательного аппарата при заходе на посадку по приборам. .

Фазовый радиопеленгатор // 2309421

Фазовый радиопеленгатор // 2169377

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для определения угловых координат источника непрерывного гармонического радиосигнала. .

Корреляционно-фазовый пеленгатор // 2703715