Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ НА ИСТОЧНИК СИГНАЛА

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам.

Известно устройство для определения направления [1], содержащее электронно-лучевую трубку, последовательно соединенные первые магнитную антенну, полосовой фильтр, усилитель, синхронный детектор и формирователь сигналов, последовательно соединенные вторые магнитную антенну, полосовой фильтр, усилитель, синхронный детектор и формирователь сигналов, последовательно соединенные электрическую антенну, третий полосовой фильтр, третий усилитель, фазовращатель и ограничитель, причем выход последнего подключен ко вторым входам первого и второго синхронных детекторов, а выходы формирователей сигналов подключены к электронно-лучевой трубке.

Это устройство не обеспечивает возможности частотной и пространственной селекции источников сигналов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения направления на источник сигнала [2], содержащее последовательно соединенные первую магнитную антенну, первый усилитель, первый повторитель и первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подключенный к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ или микропроцессор), последовательно соединенные вторую магнитную антенну, второй усилитель, второй повторитель и второй АЦП, подключенный к ПЭВМ, а также последовательно соединенные электрическую антенну, третий усилитель, третий повторитель и третий АЦП, подключенный к ПЭВМ, причем первая и вторая магнитные антенны ориентированы, соответственно, в направлениях Север-Юг и Запад-Восток, электрическая антенна выполнена с круговой диаграммой направленности, а ПЭВМ начинает цикл управления приемом и обработкой информации при превышении заданной величины сигналом от любой из указанных трех антенн, причем при появлении полезного сигнала производится вычисление направления на источник сигналов.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности частотной и пространственной селекции источников сигналов.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является возможность частотной и пространственной селекции источников сигналов.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения направления на источник сигнала, содержащее последовательно соединенные первую магнитную антенну, ориентированную в направлении Север-Юг, и первый усилитель, последовательно соединенные вторую магнитную антенну, ориентированную в направлении Запад-Восток, и второй усилитель, последовательно соединенные электрическую антенну с круговой диаграммой направленности и третий усилитель, а также первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП), подключенные к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ или микропроцессору), которая начинает цикл управления приемом и обработкой информации при превышении заданной величины сигналом от любой из подключенных антенн, причем при появлении полезного сигнала производится вычисление направления на источник сигналов, дополнительно содержит блок системы единого времени (GPS или Глонасс) и блок связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ, последовательно соединенные первый коммутатор, второй коммутатор, первый управляемый фильтр и четвертый АЦП, последовательно соединенные третий коммутатор, четвертый коммутатор, второй управляемый фильтр и пятый АЦП, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и первый калибратор, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные третий ЦАП и третий калибратор, последовательно соединенные четвертый ЦАП и формирователь, последовательно соединенные третью магнитную антенну с круговой диаграммой направленности, четвертый усилитель и пятый коммутатор, а также третий, четвертый и пятый управляемые фильтры, подключенные входами, соответственно, к первому и второму усилителям и к выходу пятого коммутатора, а выходами подключенные, соответственно, к первому, второму и третьему АЦП, первый и второй смесители, а также гониометр, выполненный с размещенными на роторе, связанном с цифровым приводом, первой и второй полевыми обмотками, взаимно перпендикулярными и подключенными, соответственно, к первому и второму усилителям, и с n размещенными вокруг ротора неподвижными искательными обмотками, подключенными к первому и третьему коммутаторам, причем первый и второй смесители первыми входами подключены к выходу пятого коммутатора, вторыми входами подключены, соответственно, к выходам первого коммутатора и третьего коммутатора, а выходами подключены, соответственно, ко вторым входам второго и четвертого коммутаторов, пятый коммутатор подключен вторым входом к третьему усилителю, первый, второй, третий и четвертый усилители выполнены управляемыми по фазовому сдвигу и усилению с управляющими входами, подключенными к ПЭВМ, управляющие входы управляемых фильтров подключены к выходу формирователя, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей магнитным антеннам, третий калибратор подключен к электрической антенне, а привод ротора, входы первого, второго, третьего и четвертого ЦАП, выходы четвертого и пятого АЦП и управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого коммутаторов подключены к ПЭВМ.

Такое выполнение устройства для определения направления обеспечивает возможность частотной селекции сигналов и быстрого поворота результирующей диаграммы направленности для пространственной селекции источников сигналов.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Принятые обозначения: 1 - первая магнитная антенна, 2 - первый усилитель, 3 - вторая магнитная антенна, 4 - второй усилитель, 5 - электрическая антенна, 6 - третий усилитель, 7 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 8 - второй АЦП, 9 - третий АЦП, 10 - персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ или микропроцессор), 11 - блок системы единого времени (GPS или Глонасс), 12 - блок связи с абонентами, 13 - первый коммутатор, 14 - второй коммутатор, 15 - первый управляемый фильтр, 16 - четвертый АЦП, 17 - третий коммутатор, 18 - четвертый коммутатор, 19 - второй управляемый фильтр, 20 - пятый АЦП, 21 - первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), 22 - первый калибратор, 23 - второй ЦАП, 24 - второй калибратор, 25 - третий ЦАП, 26 - третий калибратор, 27 - четвертый ЦАП, 28 - формирователь, 29 - третья магнитная антенна, 30 - четвертый усилитель, 31 - пятый коммутатор, 32 - третий управляемый фильтр, 33 - четвертый управляемый фильтр, 34 - пятый управляемый фильтр, 35 - первый смеситель, 36 - второй смеситель, 37 - гониометр, 38 - ротор гониометра, 39 - привод ротора, 40 - первая полевая обмотка, 41 - вторая полевая обмотка, 42 - n искательных обмоток.

Устройство для определения направления на источник сигнала содержит последовательно соединенные первую магнитную антенну 1, ориентированную в направлении Север-Юг, и первый усилитель 2, последовательно соединенные вторую магнитную антенну 3, ориентированную в направлении Запад-Восток, и второй усилитель 4, последовательно соединенные электрическую антенну 5 с круговой диаграммой направленности и третий усилитель 6, а также первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, второй АЦП 8 и третий АЦП 9, подключенные к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ) 10 (или микропроцессору), которая начинает цикл управления приемом и обработкой информации при превышении заданной величины сигналом от любой из подключенных антенн, причем при появлении полезного сигнала производится вычисление направления на источник сигналов, а также блок системы единого времени 11 (GPS или Глонасс) и блок связи с абонентами 12, подключенные к ПЭВМ 10, последовательно соединенные первый коммутатор 13, второй коммутатор 14, первый управляемый фильтр 15 и четвертый АЦП 16, последовательно соединенные третий коммутатор 17, четвертый коммутатор 18, второй управляемый фильтр 19 и пятый АЦП 20, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 21 и первый калибратор 22, последовательно соединенные второй ЦАП 23 и второй калибратор 24, последовательно соединенные третий ЦАП 25 и третий калибратор 26, последовательно соединенные четвертый ЦАП 27 и формирователь 28, последовательно соединенные третью магнитную антенну 29 с круговой диаграммой направленности, четвертый усилитель 30 и пятый коммутатор 31, а также третий управляемый фильтр 32, четвертый управляемый фильтр 33 и пятый управляемый фильтр 34, подключенные входами, соответственно, к первому усилителю 2, второму усилителю 4 и к выходу пятого коммутатора, а выходами подключенные, соответственно, к первому АЦП 7, второму АЦП 8 и третьему АЦП 9, первый смеситель 35 и второй смеситель 36, а также гониометр 37, выполненный с размещенными на роторе 38, связанном с цифровым приводом 39, первой полевой обмоткой 40 и второй полевой обмоткой 41, взаимно перпендикулярными и подключенными, соответственно, к первому усилителю 2 и второму усилителю 4, и с n размещенными вокруг ротора неподвижными искательными обмотками 42, подключенными к первому и третьему коммутаторам 13, 17, причем первый и второй смесители 35, 36 первыми входами подключены к выходу пятого коммутатора, вторыми входами подключены, соответственно, к выходам первого коммутатора и третьего коммутатора, а выходами подключены, соответственно, ко вторым входам второго и четвертого коммутаторов, пятый коммутатор 31 подключен вторым входом к третьему усилителю 6, первый, второй, третий и четвертый усилители 2, 4, 6, 30 выполнены управляемыми по фазовому сдвигу и усилению с управляющими входами, подключенными к ПЭВМ, управляющие входы управляемых фильтров подключены к выходу формирователя, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей магнитным антеннам 1, 3, 29, третий калибратор 26 подключен к электрической антенне 5, а привод ротора 39, входы первого, второго, третьего и четвертого ЦАП, выходы четвертого и пятого АЦП и управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого коммутаторов подключены к ПЭВМ 10.

Устройство для определения направления на источник сигналов работает следующим образом. Токи, наведенные в первой магнитной антенне 1 и второй магнитной антенне 3 от источника сигнала, через управляемые усилители 2 и 4 поступают в первую полевую обмотку 40 гониометра 37 и во вторую полевую обмотку 41, где создают магнитное поле, подобное принятому антеннами. На n искательных обмотках 42, находящихся в этом магнитном поле, наводится ЭДС, зависящая от ориентации конкретной искательной обмотки относительно первой и второй полевых обмоток 40, 41. Поворот искательной обмотки относительно первой и второй полевых обмоток приводит к повороту результирующей диаграммы направленности для пеленгации в пространстве. При размещении n неподвижных искательных обмоток 42, повернутых относительно друг друга, эффект механического поворота достигается последовательным переключением n неподвижных искательных обмоток 42 с помощью первого и третьего коммутаторов 13 и 17. Для этого на управляющие входы коммутаторов 13 и 17 подаются команды включения из ПЭВМ 10, содержащие номер подключаемой искательной обмотки. При последовательном изменении номера подключаемой искательной обмотки осуществляется последовательное подключение к выходам коммутаторов 13 и 17 n неподвижных искательных обмоток 39 и обеспечивается быстрый поворот результирующей диаграммы направленности для относительно грубой пеленгации, точность которой зависит от числа искательных обмоток и угла смещения между ними. Если источник сигнала не является кратковременным, то более точная подстройка осуществляется поворотом в небольших пределах (в пределах угла смещения искательных обмоток относительно друг друга) ротора 38 вместе с первой и второй полевыми обмотками 40, 41 с помощью цифрового привода 39 по команде из ПЭВМ 10.

В зависимости от наличия и типа помех предлагаемое устройство реализует несколько режимов пеленгации.

1. При отсутствии помех может быть реализован широкополосный режим, при котором сигналы с выходов первого, второго, третьего или четвертого (через коммутатор 31) усилителей 2, 4, 6, 30, соответственно, через третий, четвертый и пятый управляемые фильтры 32, 33, 34 и через первый, второй и третий АЦП 7, 8, 9 поступают в ПЭВМ 10 для реализации, например, простейшего алгоритма пеленга:

При появлении полезного сигнала производится вычисление направления α на источник сигнала, например, по формуле

где A₁, A₂ - амплитуды сигналов средней частоты, поступающих в ПЭВМ 10 из первого и второго АЦП 7, 8, соответственно.

2. При появлении помехи, не забивающей весь рабочий диапазон частот, в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа формируется управляющий сигнал, который подается на четвертый ЦАП 27, через формирователь 28 поступает на управляющие входы управляемых фильтров 15, 19, 32, 33, 34 и вырезает из полосы пропускания участок частот помехи.

3. При появлении широкополосной помехи в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа формируется управляющий сигнал, который подается на второй и четвертый коммутаторы 14, 18, подключающие выходы первого и третьего коммутаторов 13, 17 к ПЭВМ 10, соответственно, через первый и второй управляемые фильтры 15, 19 и четвертый и пятый АЦП 16, 20. В этом случае осуществляется пространственная селекция с помощью гониометра 37 путем переключения искательных обмоток 42 (например, переключением на выход X первым коммутатором 13 искательных обмоток 42 до максимума полезного сигнала и переключением на выход Y третьим коммутатором 17 искательных обмоток 42 до минимума помехи с коррекцией приводом ротора 39). При этом направление на источник определяется по номеру искательной обмотки 42, подключенной к первому коммутатору 13, плюс угол поворота ротора 38 гониометра, полученный в зависимости от направления и числа шагов, поданных из ПЭВМ 10 на цифровой привод 39, который иначе может быть использован для точной подстройки минимума помехи.

4. При появлении интенсивной широкополосной помехи в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа формируется управляющий сигнал, который подается на второй и четвертый коммутаторы 14, 18, подключающие выходы первого и второго смесителей 35, 36 к ПЭВМ 10, соответственно, через первый и второй управляемые фильтры 15, 19 и четвертый и пятый АЦП 16, 20. В этом случае осуществляется пространственная селекция с помощью гониометра 37 и смесителей, формирующих диаграмму направленности, ориентированную минимумом на помеху. Для этого на смесители 35, 36, кроме сигналов с выходов первого и третьего коммутаторов, подается сигнал с выхода пятого коммутатора 31, подключающего по команде из ПЭВМ 10 выход электрической антенны 5 через третий усилитель 6, либо выход третьей магнитной антенны 29 через четвертый усилитель 30.

Требуемые амплитудные и фазовые соотношения сигналов формируются с помощью команд ПЭВМ 10, поступающих на управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого усилителей 2, 4, 6.

Указанные режимы работы устройства могут быть реализованы одновременно в разных комбинациях, включая ориентацию диаграммы направленности минимумом на источник полезного сигнала.

Для контроля усилительно-преобразовательных трактов предусмотрена подача калибровочных сигналов на первую, вторую, третью и четвертую антенны 1, 3, 5 и 29 от, соответственно, первого, второго и третьего калибраторов 22, 24, 26, управляемых ПЭВМ 10 с помощью первого, второго и третьего ЦАП 21, 23, 25.

Информация, полученная в процессе работы, привязывается к единому времени с помощью блока 11 системы единого времени (GPS или Глонасс), и передается по назначению с помощью блока 12 связи с абонентами.

Таким образом, предлагаемое устройство для определения направления на источник сигналов в сравнении с прототипом обеспечивает возможность частотной селекции сигналов и быстрого поворота результирующей диаграммы направленности для пространственной селекции источников сигналов.

Источники информации

1. Радио-грозо-пеленгатор, 2006, http://detect-ufo.narod.ru/pribor/detect_radio/pelengatr 01.html.

2. Агранат И.В. Перспективы исследования естественного электромагнитного излучения очень низкой частоты. Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, п. Паратунка, Камчатский край, УДК 551.594.21 (571.66) 2011 г.