Результат интеллектуальной деятельности: СТАНЦИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Предлагаемая станция относится к области радиотехники и позволяет осуществлять радиотехнический контроль радиоэлектронных средств (РЭС) противника (РЛС, радиолинии связи и управления и др.).

Известны станции и системы радиотехнического контроля излучений РЭС противника (патенты РФ №№ 2.150.178, 2.275.746, 2.321.177; патенты США №№ 3.806.926, 3.891.989, 3.896.439; патент Германии № 3.346.155; патент Великобритании № 1.587.357; патент Франции № 2.447.041; Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968, с.382, рис.10.2 и др.).

Из известных станций и систем наиболее близкой к предлагаемой является «Станция радиотехнического контроля» (патент РФ № 2.275.746, Н04К 3/00, 2004), которая и выбрана в качестве прототипа.

Указанная станция обеспечивает расширение области контроля по площади и количеству контролируемых радиоэлектронных средств за счет размещений станции радиотехнического контроля на борту вертолета.

Анализатор параметров принимаемого ФМн-сигнала входит в состав станции радиотехнического контроля. Однако техническая реализация его не раскрыта.

Технической задачей изобретения является техническая реализация анализатора параметров принимаемого фазоманипулированного (ФМн) сигнала путем измерения его несущей частоты, величины и количества скачков фазы.

Поставленная задача решается тем, что станция радиотехнического контроля, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, пеленгаторное устройство и последовательно включенные антенное устройство, приемник, анализатор параметров принимаемого сигнала, устройство запоминания и обработки полученной информации и телеметрическое устройство, выход которого является выходом станции, при этом приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока перестройки, усилителя первой промежуточной частоты, обнаружителя, второй вход которого через первую линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилителя второй промежуточной частоты, выход которого является выходом приемника, управляющий вход блока перестройки соединен с выходом обнаружителя, пеленгаторное устройство выполнено в виде двух пеленгаторных каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, третий узкополосный фильтр и первый фазометр, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены вторая линия задержки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и второй фазометр, вторые входы фазометров соединены с выходом опорного генератора, а выходы подключены к устройству запоминания и обработки полученной информации, антенное устройство содержит три приемные антенны, приемная антенна приемника размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны пеленгаторного устройства размещены на концах лопастей несущего винта вертолета, двигатель кинематически связан с винтом вертолета и опорным генератором, отличается от ближайшего аналога тем, что анализатор параметров принимаемого сигнала выполнен в виде последовательно подключенных к выходу усилителя второй промежуточной частоты усилителя-ограничителя, первого элемента совпадения И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, первого счетчика импульсов, блока сравнения кодов, первого сумматора, вычитателя и блока деления, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к третьему входу устройства запоминания и обработки полученной информации, четвертый вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно подключенных к выходу усилителя-ограничителя фазоинвертора, второго элемента совпадения И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, и второго счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения кодов, последовательно подключенных к выходу усилителя-ограничителя дифференцирующей цепи и однополярного вентиля, выход которого соединен с вторым входом первого и второго счетчиков импульсов, причем к второму выходу блока сравнения кодов подключен через второй сумматор второй вход вычитателя, второй и третий входы первого и второго сумматоров соединены с выходом первого и второго счетчиков импульсов соответственно, второй выход блока сравнения кодов через третий счетчик импульсов подключен к пятому входу устройства запоминания и обработки полученной информации.

Структурная схема предлагаемой станции радиотехнического контроля представлена на фиг.1. Геометрическая схема расположения приемных антенн на вертолете изображена на фиг.2. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу анализатора 4 принимаемого сигнала, показаны на фиг.3.

Станция радиотехнического контроля содержит пеленгаторное устройство 3 и последовательно включенные антенное устройство 1, приемник 2, анализатор 4 параметров принимаемого сигнала, устройство 5 запоминания и обработки полученной информации и телеметрическое устройство 6.

Приемник 2 содержит последовательно включенные приемную антенну 7, первый смеситель 12, второй вход которого через первый гетеродин 11 соединен с выходом блока 10 перестройки, усилитель 17 первой промежуточной частоты, обнаружитель 20, второй вход которого через первую линию задержки 21 соединен с его выходом, ключ 22, второй вход которого соединен с выходом усилителя 17 первой промежуточной частоты, второй смеситель 24, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 23, и усилитель 25 второй промежуточной частоты, выход которого является выходом приемника 2 и подключен к входу анализатора 4 параметров принимаемого сигнала.

Пеленгаторное устройство 3 содержит два пеленгаторных канала, каждый из которых содержит последовательно включенные приемную антенну 8(9), смеситель 13(14), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 11, усилитель 18(19) первой промежуточной частоты, перемножитель 26(27), второй вход которого соединен с выходом усилителя 25 второй промежуточной частоты, и узкополосный фильтр 28(29). При этом к выходу первого узкополосного фильтра 28 последовательно подключены третий перемножитель 30, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 29, третий узкополосный фильтр 32 и первый фазометр 34, к выходу второго узкополосного фильтра 29 последовательно подключены вторая линия задержки 31, фазовый детектор 33, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 29, и второй фазометр 35. Вторые входы фазометров 34 и 35 соединены с выходом опорного генератора 16, а выходы подключены к устройству 5 запоминания и обработки полученной информации. Антенное устройство 1 содержит три приемные антенны 7-9, приемная антенна 7 приемника 2 размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны 8 и 9 пеленгаторного устройства 3 размещены на концах лопастей несущего винта вертолета (фиг.2). Двигатель 15 кинетически связан с винтом вертолета и опорным генератором 16.

Анализатор 4 параметров принимаемого сигнала содержит последовательно подключенные к выходу усилителя 25 второй промежуточной частоты усилитель-ограничитель 36, первый элемент совпадения И 41, второй вход которого соединен с выходом генератора 37 счетных импульсов, первый счетчик импульсов 43, блок 45 сравнения кодов, первый сумматор 46, вычитатель 48 и блок 50 деления, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 46, а выход подключен к третьему входу устройства 5 запоминания и обработки полученной информации, четвертый вход которого соединен с выходом первого сумматора 46, последовательно подключенные к выходу усилителя-ограничителя 36 фазоинвертор 38, второй элемент совпадения И 42, второй вход которого соединен с выходом генератора 37 счетных импульсов, и второй счетчик импульсов 44, выход которого соединен с вторым входом блока 45 сравнения кодов, последовательно подключенные к выходу усилителя-ограничителя 36 дифференцирующая цепь 39 и однополярный вентиль 40, выход которого соединен с вторым входом первого 43 и второго 44 счетчиков импульсов. Причем к второму выходу блока 45 сравнения кодов подключен через второй сумматор 47 второй вход вычитателя 48, второй и третий входы первого 46 и второго 47 сумматоров соединены с выходом первого 43 и второго 44 счетчиков импульсов соответственно, второй выход блока 45 сравнения кодов через третий счетчик 49 импульсов подключен к пятому входу устройства 5 запоминания и обработки полученной информации.

Станция радиотехнического контроля работает следующим образом. Станция размещается на борту вертолета. Наличие вращающего винта вертолета используется для определения направления на излучающую РЭС с помощью антенного устройства 1, приемные антенны 8 и 9 которого размещены на концах лопастей несущего винта (фиг.2).

Принимаемые антеннами 7 и 9 сигналы, например с фазовой манипуляцией (ФМн)

,

,

, 0≤t≤T_c,

где U₁, U₂, U₃ - амплитуды сигнала РЭС;

ω_c - несущая частота сигнала РЭС;

φ_c - начальная фаза сигнала РЭС;

Т_c - длительность сигнала РЭС;

±Δω - нестабильность несущей частоты сигнала, обусловленная различными дестабилизирующими факторами;

φ_k(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом;

R - радиус окружности, на которой размещены приемные антенны 8 и 9;

- скорость вращения приемных антенн 8 и 9 вокруг приемной антенны 7 (скорость вращения винта вертолета);

α - пеленг (азимут) на излучающую РЭС,

поступают на первые входы смесителей 12-14, на вторые входы которых подается напряжение первого гетеродина 11 линейно-измеряющейся частоты

, 0≤t≤T_П,

где - скорость изменения частоты гетеродина.

Следует отметить, что поиск ФМн-сигналов РЭС противника в заданном диапазоне частот Дf осуществляется с помощью блока 10 перестройки, который периодически с периодом Т_П по пилообразному закону изменяет частоту ω_Г1 гетеродина 11. В качестве блока 10 перестройки может использоваться генератор пилообразного напряжения.

На выходе смесителей 12-14 образуются напряжения комбинированных частот.

Усилителями 17-19 выделяются напряжения первой промежуточной частоты:

,

,

, 0≤t≤T_c,

где ;

;

;

К₁ - коэффициент передачи смесителей;

ω_пр1=ω_с-ω_Г1 - первая промежуточная частота;

φ_пр1=φ_с-φ_Г1.

Напряжение U_пр1(t) с выхода усилителя 17 первой промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 20. При обнаружении сигнала РЭС на выходе обнаружителя 20 появляется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 10 перестройки, выключая его, на управляющий вход ключа 22, открывая его, и на вход линии задержки 21. Ключ 22 в исходном состоянии всегда закрыт. Время задержки τ_з линии задержки выбирается таким, чтобы можно было зафиксировать обнаруженный ФМн-сигнал и проанализировать его параметры.

При выключении блока 10 перестройки усилителями 17-19 выделяются следующие напряжения:

,

,

, 0≤t≤T_c.

Напряжение U_пр4(t) с выхода усилителя 17 первой промежуточной частоты через открытый ключ 22 поступает на первый вход смесителя 24, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 23 со стабильной частотой ω_Г2

.

На выходе смесителя 24 образуется напряжение комбинационных частот.

Усилитель 25 выделяет напряжение второй промежуточной частоты

, 0≤t≤T_c,

где ;

ω_пр2=ω_пр1-ω_Г2 - вторая промежуточная частота;

φ_пр2=φ_пр1-φ_Г2,

которое поступает на вход анализатора 4 параметров принимаемого сигнала.

Принцип работы анализатора 4 параметров принимаемого сигнала основан на последовательном заполнении смежных полупериодов фазоманипулированного колебания счетными импульсами и сравнении их количества между собой.

При этом в случае равенства кодов смежных полупериодов, что свидетельствует об отсутствии манипуляции фазы, они суммируются и по результату суммирования определяется период высококачественного колебания в цифровом виде.

Если момент манипуляции фазы совпадает с текущим периодом, то коды смежных полупериодов не равны друг другу. Из полученной суммы кодов в этом случае вычитается код периода и по отношению их разности к коду периода определяется величина скачков фазы. Количество скачков фазы определяется по числу случаев неравенства кодов смежных полупериодов принятого фазоманипулированного сигнала.

Напряжение U_пр7(t) с выхода усилителя 25 второй промежуточной частоты (фиг.3,а) поступает на вход усилителя-ограничителя 36, который преобразует его в последовательность прямоугольных импульсов (фиг.3,б). Клиппированное напряжение с выхода усилителя-ограничителя 36 поступает на входы первого счетчика 41 импульсов, фазоинвертора 38 и дифференцирующей цепи 39. На выходе фазоинвертора 38 образуется инверсная последовательность прямоугольных импульсов (фиг.3,в), которая поступает па первый вход элемента совпадения И 42. На вторые входы элементов совпадения И 41 и 42 поступают счетные импульсы генератора 37 счетных импульсов. Этими импульсами с частотой f_кв квантуются прямоугольные импульсы положительной полярности (фиг.3,б, в). Счетчики 43 и 44 подсчитывают результаты квантования соответственно прямого (фиг.3,е) и инверсного (фиг.3,ж) положительных напряжений с выхода усилителя-ограничителя 36.

Если момент манипуляции фазы не совпадает с текущим периодом, числа, записанные в счетчиках 43 и 44, оказываются равными друг другу.

Если манипуляция фазы происходит в текущем периоде, то эти числа не равны между собой. Равенство и неравенство чисел определяются блоком 45 сравнения кодов, который выдает команду на перенос чисел, записанных в счетчиках 43 и 44, в первом случае в сумматор 46, а во втором - в сумматор 47. Первый счетчик 43 выполнен с регистром памяти, который необходим в связи с тем, что переносы в сумматоры 46 и 47 должны производиться только после определения результатов квантования обеих полуволн, т.е. когда счетчик 43 уже начнет счет в следующем периоде.

Для возвращения счетчиков 43 и 44 в исходное состояние после сравнения смежных полупериодов импульсы сброса (фиг.3,д) поступают на управляющие входы счетчиков 43 и 44. Для их формирования и используются прямоугольные импульсы с выхода усилителя-ограничителя 36, которые дифференцируются цепью 39. Полученные короткие разнополярные 11 импульсы (фиг.3,г) поступают на однополярный вентиль 40, на выходе которого образуются только положительные импульсы (фиг.3,д), которые и используются для сброса счетчиков 43 и 44.

Если числа, записанные в счетчиках 43 и 44, равны друг другу, то они суммируются в сумматоре 46 (фиг.3,з), на выходе которого формируется код n_с, периода Т_с, который поступает на первые входы вычитателя 48 и блока 50 деления и на третий вход устройства 5 запоминания и обработки полученной информации.

Если числа, записанные в счетчиках 43 и 44, не равны друг другу, то блок 45 сравнения кодов выдает импульс с второго своего выхода (фиг.3,л). Этот импульс является командой на перенос чисел в сумматор 47 (фиг.3,и), на выходе которого формируется результирующий код n_р периода, который поступает на второй вход вычитателя 48, где формируется разность Δn=n_p-n_c кодов (фиг.3,к), пропорциональная разности ΔT=T_р-T_c. Эта разность подается на второй вход блока 50 деления, на выходе которого формируется отношение Δn/n_c, пропорциональное величине скачков фазы Δφ. Это отношение поступает на четвертый вход устройства 5 запоминания и обработки полученной информации.

Импульсы с второго выхода блока 45 сравнения (фиг.3,л), кроме того, поступают на третий счетчик 49 импульсов. Они формируются при манипуляции фазы (фиг.3,а), их количество равно числу m скачков фазы за время длительности T_c принимаемого ФМн-сигнала.

Между числом m скачков фазы и количеством N элементарных посылок ФМн-сигнала существует следующая зависимость:

m=0,5(N-1).

Число m скачков фазы подсчитывается счетчиком 49 импульсов и поступает на пятый вход устройства 5 запоминания и обработки полученной информации.

Напряжение U_пр7(t) с выхода усилителя 25 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 26 и 27 пеленгаторных каналов, на первые входы которых поступают напряжения U_пр5(t) и U_пр6(t) с выходов усилителей 18 и 19 первой промежуточной частоты соответственно. На выходах перемножителей 26 и 27 образуются фазомодулированные (ФМ) напряжения на стабильной частоте ω_Г2 второго гетеродина:

,

, 0≤t≤T_c,

где ;

;

К₂ - коэффициент передачи перемножителей,

которые выделяются узкополосными фильтрами 28 и 29 частотой настройки

ω_H=ω_Г2.

Знаки «+» и «-» перед величиной соответствуют диаметрально противоположным расположениям антенн 8 и 9 на концах лопастей несущего винта вертолета относительно приемной антенны 7, размещенной над втулкой винта вертолета.

Следовательно, полезная информация о пеленге α переносится на стабильную частоту ω_Г2 второго гетеродина 23. Поэтому нестабильность ±Δω несущей частоты, вызванная различными дестабилизирующими факторами, и вид модуляции (манипуляции) принимаемого сигнала РЭС не влияют на результат пеленгации, тем самым повышается точность определения местоположения РЭС.

Причем величина, входящая в состав указанных колебаний называемая индексом фазовой модуляции, характеризует максимальное значение отклонения фазы сигналов, принимаемых вращающимися антеннами 8 и 9 относительно фазы сигналов, принимаемого неподвижной антенной 7.

Пеленгаторное устройство 3 тем чувствительнее к изменению угла α, чем больше относительный размер измерительной фазы Однако с ростом уменьшается значение угловой координаты α, при которой разность фаз превосходит значение 2π, т.е. наступает неоднозначность отсчета угла α.

Следовательно, при наступает неоднозначность отсчета угла α. Устранение указанной неоднозначности путем уменьшения соотношения обычно себя не оправдывает, так как при этом теряется основное достоинство широкобазовой системы. Кроме того, в диапазоне метровых и особенно дециметровых волн брать малые значения часто не удается из-за конструктивных соображений.

Для повышения точности пеленгации РЭС в горизонтальной (вертикальной) плоскости приемные антенны 8 и 9 размещаются на концах лопастей несущего винта вертолета. Смешение сигналов от двух диаметрально противоположных приемных антенн 8 и 9, находящихся на одинаковом расстоянии R от оси вращения несущего винта, вызывает фазовую модуляцию, получаемой с помощью одной приемной антенны, вращающейся по кругу, радиус R которого в два раза больше (R₁=2R).

Действительно, на выходе перемножителя 30 образуется гармоническое напряжение

, 0≤t≤T_c,

где ,

с индексом фазовой модуляции

, R₁=2R,

которое выделяется узкополосным фильтром 32 и поступает на первый вход фазометра 34, на второй вход которого подается напряжение опорного генератора 16

.

Фазометр 34 обеспечивает точное, но неоднозначное измерение угловой координаты α. Для устранения возникающей при этом неоднозначности отсчета угла α необходимо уменьшить индекс фазовой модуляции без уменьшения отношения . Это достигается использованием автокоррелятора, состоящего из линии задержки 31 и фазового детектора 33, что эквивалентно уменьшению индекса фазовой модуляции до величины

,

где d₁<R.

На выходе автокоррелятора образуется напряжение

, 0≤t≤T_c,

с индексом фазовой модуляции Δφ_m2, которое поступает на первый вход фазометра 35, на второй вход поступает напряжение U₀(t) опорного генератора 16. Фазометр 35 обеспечивает грубое, но однозначное измерение угла α.

Минимальное расстояние R₀ от РЭС до винта вертолета определяется из выражения

,

где Fq(t) - доплеровский сдвиг частоты;

V=Ω·R;

λ - длина волны.

Доплеровский сдвиг частоты измеряется в анализаторе 4 параметров принимаемого сигнала, в котором также определяется R₀. Последние фиксируются в устройстве 5 запоминания и обработки полученной информации.

Местоположение РЭС определяется в устройстве 5 по измеренным значениям α и R₀.

Телеметрическое устройство 6 предназначено для передачи разведывательной информации на пункт контроля.

По истечении времени τ_з постоянное напряжение с выхода линии задержки 21 поступает на управляющий вход обнаружителя 20 и сбрасывает его содержимое на нулевое значение.

При этом ключ 22 закрывается, а блок 10 перестройки включается, т.е. они переводятся в свои исходные положения.

При обнаружении сигнала следующей РЭС противника работа станции радиотехнического контроля происходит аналогичным образом.

Траектория полета вертолета, на борту которого размещена станция радиотехнического контроля, как правило, прокладывается в приграничных районах без нарушения воздушного пространства противника и без осложнений дипломатического характера.

Предлагаемая станция радиотехнического контроля обеспечивает расширение области разведки по площади и количеству разведываемых радиоэлектронных средств. Это достигается размещением станции радиотехнического контроля на борту вертолета, маршрут полета которого прокладывается в приграничных районах без нарушения воздушного пространства противника и без осложнений дипломатического характера.

Предлагаемая станция радиотехнического контроля обеспечивает точное и однозначное определение местоположения РЭС. При этом пеленгаторное устройство инвариантно к виду модуляции (манипуляции) и нестабильности несущей частоты принимаемых сигналов.

Таким образом, предлагаемая станция радиотехнического контроля по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает техническую реализацию анализатора параметров принимаемого сигнала. Это достигается введением блоков, которые измеряют несущую частоту n_c, величину Δφ и количество m скачков фазы принимаемого ФМн-сигнала.