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 третью 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, третья 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 третью 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), которая 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, дополнительно содержит блок системы единого времени и блок связи с абонентами, подключенные к ПЭВМ, последовательно соединенные четвертый усилитель, первый смеситель, первый управляемый фильтр и четвертый АЦП, последовательно соединенные пятый усилитель, второй смеситель, второй управляемый фильтр и пятый АЦП, последовательно соединенные третий смеситель, третий управляемый фильтр и шестой АЦП, последовательно соединенные четвертый смеситель, четвертый управляемый фильтр и седьмой АЦП, последовательно соединенные первый коммутатор, пятый управляемый фильтр и восьмой АЦП, последовательно соединенные второй коммутатор, шестой управляемый фильтр и девятый АЦП, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и первый калибратор, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные третий ЦАП и третий калибратор, а также четвертый ЦАП, седьмой, восьмой и девятый управляемые фильтры, подключенные входами, соответственно, к первому, второму и третьему усилителям, а выходами подключенные, соответственно, к первому, второму и третьему АЦП, а также гониометр, выполненный с первым и вторым роторами, связанными, соответственно, с первым и вторым цифровыми приводами, выполненный с неподвижными первой и второй полевыми обмотками, размещенными вокруг первого и второго роторов, взаимно перпендикулярными и подключенными, соответственно, к первому и второму усилителям, и выполненный с n размещенными на первом роторе по окружности первыми искательными обмотками, подключенными к первому коммутатору, и с m размещенными на втором роторе по окружности вторыми искательными обмотками, подключенными ко второму коммутатору, причем первые и вторые искательные обмотки разделены экранами, первый и второй смесители подключены вторыми входами к выходам, соответственно, четвертого и третьего смесителей, последние первыми входами подключены к третьему усилителю, а вторыми входами подключены, соответственно, к выходам второго коммутатора и первого коммутатора, первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители выполнены управляемыми по фазовому сдвигу и усилению с управляющими входами, подключенными к ПЭВМ, входы четвертого и пятого усилителей подключены, соответственно, к выходам первого и второго усилителей, управляющие входы управляемых фильтров подключены к выходу четвертого ЦАП, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей антеннам, а первый и второй цифровые приводы роторов, входы первого, второго, третьего, и четвертого ЦАП, выходы четвертого, пятого шестого, седьмого, восьмого и девятого АЦП и управляющие входы первого и второго 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, где обозначено:

1- первая магнитная антенна, 2 - первый усилитель, 3 - вторая магнитная антенна, 4 - второй усилитель, 5 - третья антенна, 6 - третий усилитель, 7 первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 8 - второй АЦП, 9 - третий АЦП, 10 - персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), 11 - блок системы единого времени, 12 - блок связи с абонентами, 13 - четвертый усилитель, 14 - первый смеситель. 15 - первый управляемый фильтр, 16 - четвертый АЦП, 17 - пятый усилитель, 18 - второй смеситель, 19 - второй управляемый фильтр, 20 - пятый АЦП, 21 - третий смеситель, 22 - третий управляемый фильтр, 23 - шестой АЦП, 24 - четвертый смеситель, 25 - четвертый управляемый фильтр, 26 - седьмой АЦП, 27 - первый коммутатор, 28 - пятый управляемый фильтр, 29 - восьмой АЦП, 30 - второй коммутатор, 31 - шестой управляемый фильтр, 32 - девятый АЦП, 33 - первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), 34 - первый калибратор, 35 - второй ЦАП, 36 - второй калибратор, 37 - третий ЦАП, 38 - третий калибратор, 39 - четвертый ЦАП, 40 - седьмой управляемый фильтр, 41 - восьмой управляемый фильтр, 42 - девятый управляемый фильтр, 43 - гониометр, 44 - первый ротор гониометра, 45 - второй ротор гониометра, 46 - первый цифровой привод, 47 - второй цифровой привод, 48 - первая полевая обмотка, 49 - вторая полевая обмотка, 50 - n первых искательных обмоток на первом роторе, 51 - m вторых искательных обмоток на втором роторе, 52 - экраны.

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 третью 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, которая 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, а также блок системы единого времени 11 и блок связи с абонентами 12, подключенные к ПЭВМ 10, последовательно соединенные четвертый усилитель 13, первый смеситель 14, первый управляемый фильтр 15 и четвертый АЦП 16, последовательно соединенные пятый усилитель 17, второй смеситель 18, второй управляемый фильтр 19 и пятый АЦП 20, последовательно соединенные третий смеситель 21, третий управляемый фильтр 22 и шестой АЦП 23, последовательно соединенные четвертый смеситель 24, четвертый управляемый фильтр 25 и седьмой АЦП 26, последовательно соединенные первый коммутатор 27, пятый управляемый фильтр 28 и восьмой АЦП 29, последовательно соединенные второй коммутатор 30, шестой управляемый фильтр 31 и девятый АЦП 32, последовательно соединенные первый ЦАП 33 и первый калибратор 34, последовательно соединенные второй ЦАП 35 и второй калибратор 36, последовательно соединенные третий ЦАП 37 и третий калибратор 38, а также четвертый ЦАП 39, седьмой управляемый фильтр 40, восьмой управляемый фильтр 41 и девятый управляемый фильтр 42, подключенные входами, соответственно, к первому усилителю 2, второму усилителю 4 и третьему усилителю 6, а выходами подключенные, соответственно, к первому АЦП 7, второму АЦП 8 и третьему АЦП 9, а также гониометр 43, выполненный с первым ротором 44 и вторым ротором 45, связанными, соответственно, с первым цифровым приводом 46 и со вторым цифровым приводом 47, выполненный с неподвижными первой полевой обмоткой 48 и второй полевой обмоткой 49, размещенными вокруг первого и второго роторов, взаимно перпендикулярными и подключенными, соответственно, к первому усилителю 2 и второму усилителю 4, и выполненный с n размещенными на первом роторе по окружности первыми искательными обмотками 50, подключенными к первому коммутатору 27, и с m размещенными на втором роторе по окружности вторыми искательными обмотками 51, подключенными ко второму коммутатору 30, причем первые и вторые искательные обмотки разделены экранами 52, первый и второй смесители 14, 18 подключены вторыми входами к выходам, соответственно, четвертого и третьего смесителей 24, 21, последние первыми входами подключены к третьему усилителю 6, а вторыми входами подключены, соответственно, к выходам второго коммутатора и первого коммутатора, первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители 2, 4, 6, 13, 17 выполнены управляемыми по фазовому сдвигу и усилению с управляющими входами, подключенными к ПЭВМ 10, входы четвертого и пятого усилителей подключены, соответственно, к выходам первого и второго усилителей, управляющие входы управляемых фильтров подключены к выходу четвертого ЦАП 39, выходы первого, второго и третьего калибраторов подключены, соответственно, к первой, второй и третьей антеннам 1, 3, 5, а первый и второй приводы 46, 47 первого и второго роторов 44, 45, входы первого, второго, третьего, и четвертого ЦАП, выходы четвертого, пятого шестого, седьмого, восьмого и девятого АЦП и управляющие входы первого и второго коммутаторов подключены к ПЭВМ.

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 48 гониометра 43 и во вторую полевую обмотку 49, где создают магнитное поле, подобное принятому антеннами. На n первых искательных обмотках 50, размещенных на первом роторе 44, и размещенных на втором роторе 45 m вторых искательных обмотках 51, находящихся в этом магнитном поле, наводится ЭДС, зависящая от ориентации конкретной искательной обмотки относительно первой и второй полевых обмоток 48, 49. Поворот искательной обмотки относительно первой и второй полевых обмоток приводит к повороту результирующей диаграммы направленности для пеленгации в пространстве. При размещении на роторах n или m искательных обмоток, повернутых относительно друг друга, эффект механического поворота достигается последовательным переключением искательных обмоток 50 или 51 с помощью первого и второго коммутаторов 27 и 30. Для этого на управляющие входы коммутаторов 27 и 30 подаются команды включения из ПЭВМ 10, содержащие номер подключаемой искательной обмотки. При последовательном изменении номера подключаемой искательной обмотки осуществляется последовательное подключение к выходу первого коммутатора 27 n первых искательных обмоток 50, а к выходу второго коммутатора 30 - m вторых искательных обмоток 51 и обеспечивается быстрый поворот результирующих диаграмм 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) первого ротора 44 вместе с первыми искательными обмотками 50 с помощью первого привода 46, и второго ротора 45 вместе со вторыми искательными обмотками 51 с помощью второго привода 47 по командам 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 и третьего усилителей 2, 4, 6, соответственно, через седьмой, восьмой и девятый управляемые фильтры 40, 41, 42 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 А₁, А₂ - 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 39, поступает на управляющие входы управляемых фильтров 15, 19, 22, 25, 28, 31, 40, 41, 42 и вырезает из полосы пропускания участок частот помехи.

3. При появлении широкополосной помехи в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа используются сигналы, поступающие в ПЭВМ 10 с выходов первого и второго коммутаторов 27, 30, соответственно, через пятый и шестой управляемые фильтры 28, 31 и восьмой и девятый АЦП 29, 32. В этом случае осуществляется пространственная селекция с помощью гониометра 43 путем переключения первых и вторых искательных обмоток 50, 51 (например, переключением на выход X первым коммутатором 27 n первых искательных обмоток 50 до максимума полезного сигнала и переключением на выход Y вторым коммутатором 30 m вторых искательных обмоток 51 до минимума помехи с коррекцией приводами 46, 47 первого и второго роторов 44, 45). При этом направление на источник полезного сигнала определяется по номеру первой искательной обмотки 50, подключенной к первому коммутатору 27, плюс угол поворота первого ротора 44 гониометра, полученный в зависимости от направления и числа шагов, поданных из ПЭВМ 10 на цифровой привод 46. При необходимости определяется направление на источник помех по номеру второй искательной обмотки 50, подключенной ко второму коммутатору 30, плюс угол поворота второго ротора 45 гониометра, полученный в зависимости от направления и числа шагов, поданных из ПЭВМ 10 на цифровой привод 47.

4. При появлении интенсивной широкополосной помехи в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа используются сигналы, поступающие в ПЭВМ 10 с выходов третьего и четвертого смесителей 21, 24, соответственно, через третий и четвертый управляемые фильтры 22, 25 и шестой и седьмой АЦП 23, 26. В этом случае осуществляется пространственная селекция с помощью гониометра 43, третьего и четвертого смесителей 21, 24, формирующих диаграмму направленности, ориентированную минимумом на помеху. Требуемые амплитудные и фазовые соотношения сигналов формируются с помощью команд ПЭВМ 10, поступающих на управляющие входы первого, второго и третьего усилителей 2, 4, 6.

5. При появлении нескольких интенсивных широкополосных помех в ПЭВМ 10 по результатам частотного анализа используются сигналы, поступающие с выходов первого и второго смесителей 14, 18, 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 43, первого, второго, третьего и четвертого смесителей 14, 18, 21, 24, формирующих диаграмму направленности с минимумами, ориентированными на помехи или на помехи и сигнал. Требуемые амплитудные и фазовые соотношения сигналов формируются с помощью команд ПЭВМ 10. поступающих на управляющие входы четвертого и пятого усилителей 13, 17 с учетом установленных при работе устройства в режиме 4 параметров первого, второго и третьего усилителей 2, 4, 6.

При использовании в ПЭВМ 10 соответствующих алгоритмов могут быть реализованы любые комбинации указанных режимов работы устройства, включая ориентацию диаграммы направленности минимумом на источник полезного сигнала.

Для контроля усилительно-преобразовательных трактов предусмотрена подача калибровочных сигналов на первую, вторую и третью антенны 1, 3, 5 от, соответственно, первого, второго и третьего калибраторов 34, 36, 38, управляемых ПЭВМ 10 с помощью первого, второго и третьего ЦАП 33, 35, 37.

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.