RU2316020C2 - Method for multipulse measurement of bearing of radio signal sources - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, applicable for determination of the bearing of radio signal sources in the radio monitoring systems.

SUBSTANCE: the method is based on reception of the signal of the radio emission source by two aerials, whose focal axes are parallel, and the centers of the aerial aperture are distributed, measurement of the phase difference of the received signals at the aerial outputs, the received signals are transformed to signals of an intermediate frequency, approximately by 40 times lower than the frequency of the received signals, the difference of the phases of the intermediate frequency signals is measured, an approximate estimation of bearing θ_a to the source of radio emission is perforated, all the values of the bearing (or a part of them) are calculated, and the nearest of them to estimation θ_a is taken as the bearing to the radio emission source.

EFFECT: the ambiguity of the results of direction finding is eliminated at conservation of the accuracy of the direction finding in the preset sector of 180° without any increase of the number of the aerials and channels of processing of the received signals.

1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения пеленга источников радиосигналов в системах радиоконтроля.The invention relates to radio engineering and can be used to determine the bearing of the sources of radio signals in radio monitoring systems.

Известен амплитудный способ измерения пеленга источников радиоизлучения (см., например, книгу А.И.Леонова и К.И.Фомичева "Моноимпульсная радиолокация" - М.: Сов. радио, 1984 г., с.6), основанный на приеме сигнала источника радиоизлучения двумя антеннами с общим центром раскрыва и фокальными осями, сдвинутыми по углу примерно на ширину диаграммы направленности антенны (ДНА), измерении амплитуд принятых антеннами сигналов и вычислении отношения разности измеренных амплитуд к их сумме.A known amplitude method for measuring the bearing of radio sources (see, for example, the book by A.I. Leonov and K.I. Fomichev "Monopulse radar" - M .: Sov. Radio, 1984, p.6), based on signal reception the radiation source with two antennas with a common center of the aperture and focal axes shifted in angle approximately by the width of the antenna pattern (BOTTOM), measuring the amplitudes of the signals received by the antennas, and calculating the ratio of the difference of the measured amplitudes to their sum.

Недостатком этого способа является относительно низкая точность измерения пеленга при приемлемом секторе пеленгования, обусловленная не идентичностью антенн и погрешностью измерения сигналов на выходах антенн.The disadvantage of this method is the relatively low accuracy of the bearing measurement with an acceptable direction finding sector, due to the non-identity of the antennas and the measurement error of the signals at the outputs of the antennas.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фазовый способ измерения пеленга источников радиоизлучения (см., например, книгу М.С.Скольника "Введение в технику радиолокационных систем" - М.: Мир, 1965 г., с.234), основанный на приеме сигнала источника радиоизлучения двумя антеннами, фокальные оси которых параллельны, а центры раскрыва разнесены, измерении разности фаз принятых сигналов на выходах антенн и последующем вычислении пеленга θ на источник излучения по формулеThe closest in technical essence to the proposed one is the phase method for measuring the bearing of radio emission sources (see, for example, M.Skolnik’s book "Introduction to the Technique of Radar Systems" - M .: Mir, 1965, p.234), based on receiving a signal of a radio emission source by two antennas, the focal axes of which are parallel and the aperture centers are spaced apart, measuring the phase difference of the received signals at the outputs of the antennas and then calculating the bearing θ to the radiation source according to the formula

где Δφ - измеренная разность фаз;where Δφ is the measured phase difference;

λ - длина волны контролируемого сигнала;λ is the wavelength of the controlled signal;

d - расстояние между центрами раскрыва антенн.d is the distance between the centers of the aperture of the antennas.

Недостатком этого способа является неоднозначность результатов пеленгования при большой ширине ДНА. Уменьшение же ширины ДНА ведет к соответствующему уменьшению сектора пеленгования либо к увеличению числа антенн и каналов обработки принятых сигналов, что крайне затруднительно при создании бортовых средств радиоконтроля.The disadvantage of this method is the ambiguity of the results of direction finding with a large width of the bottom. Reducing the width of the bottom of the bottom leads to a corresponding decrease in the direction-finding sector or to an increase in the number of antennas and channels for processing received signals, which is extremely difficult when creating on-board radio monitoring facilities.

Целью изобретения является устранение неоднозначности результатов пеленгования без увеличения числа антенн и каналов обработки принятых сигналов.The aim of the invention is to eliminate the ambiguity of the results of direction finding without increasing the number of antennas and channels for processing received signals.

Технический результат от использования изобретения заключается в устранении неоднозначности результатов пеленгования при сохранении точности пеленгования в заданном секторе 180° без увеличения числа антенн и каналов обработки принятых сигналов.The technical result from the use of the invention is to eliminate the ambiguity of the results of direction finding while maintaining the accuracy of direction finding in a given sector of 180 ° without increasing the number of antennas and channels for processing received signals.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения пеленга источников радиоизлучений, основанном на приеме сигнала источника радиоизлучения двумя антеннами, фокальные оси которых параллельны, а центры раскрыва разнесены, и измерении разности фаз принятых сигналов на выходах антенны, принятые сигналы преобразуют в сигналы промежуточной частоты, примерно в сорок раз меньшей частоты принятых сигналов, измеряют разность Δφ_пр фаз преобразованных сигналов промежуточной частоты, производят грубую оценку θ_г пеленга на источник излучения по формулеThis goal is achieved by the fact that in the known method for measuring the bearing of radio sources, based on the reception of a signal from a radio source with two antennas, the focal axes of which are parallel and the aperture centers are spaced, and measuring the phase difference of the received signals at the antenna outputs, the received signals are converted into intermediate frequency signals , about forty times less than the frequency of the received signals is measured difference Δφ _straight converted intermediate frequency phase signal, producing a rough estimate θ _r to the bearing uc radiation regular enrollment formula

где Δφ_пр - измеренная разность фаз сигналов промежуточной частоты;where Δφ _etc. - the measured difference of the intermediate frequency signal phase;

λ - длина волны контролируемого радиосигнала;λ is the wavelength of the monitored radio signal;

К - отношение частоты принятого сигнала к промежуточной;K is the ratio of the frequency of the received signal to the intermediate;

d - расстояние между центрами раскрыва антенн, вычисляют все значения θ пеленга (или часть их) по формулеd is the distance between the centers of the aperture of the antennas, calculate all the values θ of the bearing (or part of them) according to the formula

где Δφ - измеренная разность фаз принятых сигналов;where Δφ is the measured phase difference of the received signals;

n=0, ±1, ±2, ±3,..., m, a m - целая часть отношения d/λ,n = 0, ± 1, ± 2, ± 3, ..., m, and m is the integer part of the ratio d / λ,

и ближайшее из них к оценке θ_г принимают в качестве пеленга на источник радиоизлучения.and the nearest of them to the estimation of θ _{g is} taken as a bearing on a radio emission source.

Совокупность вновь введенных операций с радиосигналами и вычислений по результатам измерений не следует явным образом из уровня техники, поэтому заявляемый способ следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.The set of newly introduced operations with radio signals and calculations based on the measurement results does not follow explicitly from the prior art, therefore, the inventive method should be considered new and having an inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведено взаимное положение источника радиосигнала и центров раскрыва антенн.The invention is illustrated by the drawing, which shows the relative position of the source of the radio signal and the centers of the aperture of the antennas.

Ширина ДНА составляет 180° для каждой из антенн. Центры раскрыва антенн находятся на расстоянии d один относительно другого, примерно на порядок превышающем длину λ волны пеленгуемого сигнала. Фокальные оси антенн параллельны между собой и перпендикулярны прямой, соединяющей центры их раскрыва. Они направлены в центр сектора пеленгования (вертикально вверх на чертеже). Пеленг θ контролируемого сигнала отсчитывается от направления фокальных осей антенн по часовой стрелке.The width of the bottom is 180 ° for each of the antennas. The centers of the aperture of the antennas are at a distance d from one another, approximately an order of magnitude greater than the wavelength of the direction-finding signal. The focal axes of the antennas are parallel to each other and perpendicular to the straight line connecting the centers of their aperture. They are directed to the center of the direction finding sector (vertically upwards in the drawing). The bearing θ of the monitored signal is counted from the direction of the focal axes of the antennas clockwise.

Пеленгование источника радиоизлучения осуществляется в следующем порядке.Direction finding of a source of radio emission is carried out in the following order.

Сигнал радиоизлучения частотой f принимают двумя идентичными антеннами и усиливают идентичными усилителями. Измеряют разность Δφ фаз принятых, а затем усиленных сигналов. Кроме того, с помощью идентичных преобразователей частоты эти сигналы преобразуют в сигналы промежуточной частоты f_пр, в К раз меньшей частоты f принятого сигнала, и измеряют разность Δφ_пр фаз сформированных сигналов промежуточной частоты. Коэффициент К при этом выбирают примерно равным 40.The radio frequency signal f is received by two identical antennas and amplified by identical amplifiers. The phase difference Δφ of the received and then amplified signals is measured. In addition, using identical frequency converters, these signals are converted into intermediate frequency signals f _CR , K times smaller than the frequency f of the received signal, and the phase difference Δφ _pr of the generated intermediate frequency signals is measured. The coefficient K is thus chosen approximately equal to 40.

Учитывая, что d<<R₂<R₁, разность Δφ_пр фаз сформированных сигналов промежуточной частоты f_пр связана с пеленгом θ и параметрами λ, d и К соотношениемGiven that d << R ₂ <R ₁ , the difference Δφ _{pr of the} phases of the generated signals of intermediate frequency f _pr is related to the bearing θ and the parameters λ, d and K by the ratio

На основании этого соотношения производят грубую оценку θ_г пеленга по формулеBased on this ratio, a rough estimate of θ _{g of the} bearing is made according to the formula

Оценка θ_г является грубой (неточной), поскольку крутизна пеленгационной характеристики-зависимости Δφ_пр(θ) при принятых соотношениях d≈10λ и К≈40 достаточно мала (составляет π/2). Однако эта оценка является однозначной оценкой, так как при любом значении пеленга θ в пределах ±π/2 разность Δ′φ фаз не превысит по модулю π/2.The estimate of θ _g is rough (inaccurate), since the steepness of the direction-finding characteristic-dependence Δφ _pr (θ) for the accepted ratios d≈10λ and K≈40 is quite small (π / 2). However, this estimate is an unambiguous estimate, since for any value of the bearing θ within ± π / 2 the difference Δ′φ of the phases does not exceed modulo π / 2.

Для получения более точной оценки измеряют разность Δφ фаз принятых антеннами и усиленных сигналов частоты f. Она связана с пеленгом θ и параметрами λ и d соотношениемTo obtain a more accurate estimate, the difference Δφ of the phases received by the antennas and the amplified signals of frequency f is measured. It is related to the bearing θ and the parameters λ and d by the relation

Учитывая, что d≈10λ, разность Δ′φ фаз может значительно (в разы) превышать величину 2π. Измеритель разности фаз не реагирует на целую часть отношения Δ′φ/2π, а измеряет только остаток от деления Δφ на 2π. Фактическая Δ′φ и измеренная Δφ разности фаз сигналов на выходах антенн связаны соотношениемConsidering that d≈10λ, the phase difference Δ′φ can significantly (several times) exceed 2π. The phase difference meter does not respond to the integer part of the Δ′φ / 2π ratio, but measures only the remainder of dividing Δφ by 2π. The actual Δ′φ and the measured Δφ of the phase difference of the signals at the outputs of the antennas are related by the relation

Δ′φ=Δφ+2πnΔ′φ = Δφ + 2πn

n=0, ±1, ±2, ±3,..., m, a m - целая часть отношения d/λ. Поэтому уравнение (2) следует записать в видеn = 0, ± 1, ± 2, ± 3, ..., m, and m is the integer part of the d / λ ratio. Therefore, equation (2) should be written as

илиor

Уравнение (3) содержит неопределенность - одному значению измеренной разности Δφ фаз соответствуют 2m+1 значений пеленга θ. Для разрешения этой неопределенности рассчитывают в соответствии с уравнением (3) все эти значения, или часть их, сравнивают их со значением θ_г, рассчитанным по формуле (1), и ближайшее к нему принимают в качестве результата пеленгования.Equation (3) contains uncertainty - one value of the measured phase difference Δφ corresponds to 2m + 1 bearing values θ. To resolve this uncertainty, all these values, or part of them, are calculated in accordance with equation (3), compared with the value θ _g calculated by formula (1), and the nearest one is taken as the result of direction finding.

Заявляемый способ достаточно легко реализуем.The inventive method is quite easy to implement.

В качестве антенн могут быть использованы щелевые антенны в экране ограниченных размеров (см., например, Справочник по элементам радиоэлектронных устройств./ Под ред. В.В.Дулина, М.С.Жука. М.: Энергия, 1977, с.528, 529).Slot antennas can be used as antennas in a limited-size screen (see, for example, the Handbook of elements of electronic devices. / Ed. By V.V.Dulin, M.S. Zhuka. M: Energy, 1977, p. 528 , 529).

Усиление принятых антеннами сигналов может осуществляться серийно выпускаемыми модулями типа М421135.The amplification of the signals received by the antennas can be carried out by commercially available modules of type M421135.

Преобразование частоты f принятого сигнала в промежуточную может быть осуществлено путем перемножения принятого сигнала с опорным и последующей фильтрации сигнала разностной частоты (см., например, Радиоприемные устройства./ Под ред. Барулина Л.Г. - М.: Радио и связь, 1984 г., с.151...158).The frequency f of the received signal can be converted to an intermediate one by multiplying the received signal with the reference signal and then filtering the difference frequency signal (see, for example, Radio receivers. / Ed. Barulin L.G. - M.: Radio and Communications, 1984 ., p. 151 ... 158).

Измерение разности фаз может осуществляться цифровым тюнером типа АРК-ЦТ.The phase difference measurement can be carried out by a digital tuner type ARK-CT.

Вычисления в соответствии с уравнениями (1) и (3) могут быть выполнены с помощью ПЭВМ типа "Pentium".Calculations in accordance with equations (1) and (3) can be performed using a Pentium type PC.

Нетрудно видеть, что предлагаемый способ в отличие от способа-прототипа обеспечивает однозначность измерения пеленга источника радиосигнала при сохранении точности пеленгования в заданном секторе 180°.It is easy to see that the proposed method, unlike the prototype method, provides unambiguous measurement of the bearing of the radio signal source while maintaining the accuracy of direction finding in a given sector of 180 °.

Claims (1)

Способ измерения пеленга источников радиосигналов, основанный на приеме сигнала источника радиоизлучения двумя антеннами, фокальные оси которых параллельны, а центры раскрыва разнесены, измерении разности фаз Δφ принятых сигналов на выходах антенн, отличающийся тем, что принятые сигналы преобразуют в сигналы промежуточной частоты, примерно в 40 раз меньшей частоты принятых сигналов, измеряют разность фаз сигналов промежуточной частоты Δφ_пр, производят грубую оценку Θ_г пеленга на источник радиоизлучения по формулеA method of measuring the bearing of radio signal sources, based on the reception of a signal of a radio emission source by two antennas whose focal axes are parallel and the aperture centers are spaced, measuring the phase difference Δφ of the received signals at the antenna outputs, characterized in that the received signals are converted into intermediate frequency signals, approximately 40 times at the frequency of the received signals is measured the difference of the intermediate frequency signal phase Δφ _straight produce a rough estimate Θ _r bearing on radio source by the formula

где λ - длина волны принятого радиосигнала;where λ is the wavelength of the received radio signal; К - отношение частоты принятого радиосигнала к промежуточной частоте;K is the ratio of the frequency of the received radio signal to the intermediate frequency; d - расстояние между центрами раскрыва антенн,d is the distance between the centers of the aperture of the antennas, вычисляют все возможные значения Θ пеленга на источник радиоизлучения (или часть их) по формулеcalculate all possible values Θ bearing on the source of radio emission (or part of them) according to the formula

где n=0,±1,±2,...,±m, a m - целая часть отношения

where n = 0, ± 1, ± 2, ..., ± m, am is the integer part of the relation

и ближайшее из них к оценке Θ_г принимают в качестве пеленга на источник радиосигнала.and the nearest of them to the Θ _g estimate is taken as a bearing on a radio signal source.