автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Повышение точности многоканальных пеленгаторов на основе использования совмещенного встроенного контроля

ВВЕДЕНИЕ.

1. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЕ ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА В ОДНОЛУЧЕВЫХ И ОДНОПОЗИЦИОННЫХ ПЕЛЕНГАТОРАХ С ФАР.

1Л. Структуры и алгоритмы амплитудных и фазовых пеленгаторов с ФАР

1.2. Влияние неидентичности АЧХ и ФЧХ каналов ЛТ МСПУ на погрешность пеленгования.

1.3. Выводы.

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ПЕЛЕНГАТОРОВ С ФАР.

2.1. Назначение и применение автоматизированных средств контроля.

2.2. Критерии эффективности автоматизированных средств контроля.

2.3. Автоматизированный тестовый контроль и коррекция неидентичности каналов многоканальных супергетеродинных приемных устройств.

2.4. Совмещенный встроенный контроль в многоканальных пеленгаторах.

2.5. Выводы.

3. ПУТИ УМЕНЬШЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ПЕЛЕНГУЕМЫХ СИГНАЛОВ НА ДОСТОВЕРНОСТЬ КОНТРОЛЯ.

3.1. Модели радиообстановки для анализа многоканальных пеленгаторов.

3.2. Точность оценки АЧХ и ФЧХ при различных вариантах радиообстановки.

3.3. Повышение достоверности и быстродействия совмещенного контроля и пеленгования на основе адаптации структуры и параметров стимулирующих сигналов.

3.4. Выводы.

4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ СТИМУЛИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ.

4.1. Сравнительный анализ формирователей ЛЧМ сигналов.

4.2. Алгоритм и структура многофункционального генератора стимулирующих сигналов.

4.3. Выводы.—

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СРЕДСТВ СОВМЕЩЕННОГО КОНТРОЛЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ПЕЛЕНГАТОРОВ.

5.1. Структура модели автоматизированных средств совмещенного контроля многоканальных пеленгаторов.

5.2. Расчет точности оценки АССК фазочастотных характеристик линейного тракта.

5.3. Расчет точности пеленгования при использовании АССК

5.4. Расчет достоверности АССК.

5.5. Выводы.

Радиоконтроль (РК) является одним из основных направлений радиоэлектроники, которое предназначено для сбора и обработки информации на основе приема искусственных и естественных радиоизлучений.

Для обеспечения высоких оперативности и достоверности РК все более широкое применение находят методы пространственно-временной обработки информации при решении таких задач как поиск, обнаружение, разрешение, пеленгование, определение местоположения источников радиоизлучений (ИРИ).

Для решения большинства из перечисленных задач РК возникает необходимость в использовании многоканальных технических средств (МТС), которые подразделяются на однолучевые и многолучевые, однопозиционные и многопозиционные /1,2/. К числу основных устройств, определяющих основные характеристики МТС комплексов радиоконтроля (КРК), следует отнести фазированные антенные решетки (ФАР) и многоканальные супергетеродинные приемные устройства (МСПУ). Использование в КРК ФАР обусловлено их высоким быстродействием и возможностью реализовывать различные законы и параметры пространственно-временной обработки. Использование МСПУ в КРК обусловлено тем, что этот тип приемных устройств обладает одновременно высокими техническими характеристиками (чувствительностью, рабочим частотным диапазоном, динамическим диапазоном входных сигналов, разрешающей способностью по частоте) и допустимыми эксплуатационными (вес, габариты) и экономическими характеристиками.

Вопросы построения одноканальных супергетеродинных приемных устройств в интересах РК в настоящее время хорошо отработаны как в теоретическом /3/, так и практическом /4/ планах.

Однако при построении МСПУ состояние как теории, так и практики не в полной мере удовлетворяет требованиям настоящего времени. При этом одной из наиболее актуальных проблем является задача устранения неидентичности амплитудно- и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) каналов МСПУ за счет неидеальности аппаратурной реализации и влияния климатических и механических воздействий.

Широко используемые в настоящее время пути решения данной задачи связаны: 1) с использованием схемотехнических /5/ и конструкторско-технологических приемов, 2) а также с использованием методов активного встроенного контроля /6/.

Первый из вышеперечисленных путей является малоперспективным, поскольку требует создания прецизионной аппаратуры в условиях, когда темпы достижений в области схемотехники и технологии отстают от темпов ужесточения технико-эксплуатационных требований к МСПУ.

Второй путь широко используется и приводит к решению поставленной задачи, но только в условиях стационарной радиообстановки (РО) при невысоких требованиях к пропускной способности КРК. КРК в настоящее время как обязательную составную часть аппаратуры включают в себя средства автоматического контроля (САК).

Среди известных работ, рассматривающих САК, можно выделить направление, использующие принцип разделения во времени режимов работы и контроля, отражённые в работах

В.А.Долгова, А.С.Касаткина, В.Н.Сретенского, В.Д.Кудрицкого и других. Существенным недостатками разделения во времени работы и контроля является снижение готовности КРК, потеря информации о РО на период проведения контроля, уменьшение достоверности контроля из-за получения оценок в КРК и САК эпизодически. Жёсткие требования к готовности и надёжности современных КРК обуславливают переход к распараллеливанию выполнения задач контроля и работы.

В ряде публикаций /7,8/ предлагается использование для устранения неидентичности АЧХ и ФЧХ каналов МСПУ в условиях динамичной РО совмещенного встроенного контроля (СВК). Однако эти работы носят постановочный характер и требуют дальнейших исследований.

В данной работе исследуются пути повышения точности и быстродействия многоканальных пеленгаторов КРК на основе использования совмещенного встроенного контроля.

Для реализации сформулированной темы были поставлены и решены следующие задачи:

- исследование и разработка принципов построения МСПУ, входящих в состав амплитудных и фазовых пеленгаторов с ФАР;

- исследование и разработка структуры и алгоритмов средств совмещенного встроенного контроля;

- исследование и разработка методики оценки эффективности совмещенного встроенного контроля;

- разработка методики анализа точности оценки частотных характеристик линейных трактов и быстродействия средств совмещенного встроенного контроля при когерентной обработке стимулирующего сигнала;

- анализ вариантов адаптации структуры и параметров стимулирующего сигнала для повышения точности оценки характеристик объекта контроля совмещенного встроенного контроля в условиях динамичной РО.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Результаты работы могут быть использованы при проектировании перспективных и модернизации существующих пеленгаторов и комплексов радиоконтроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Переход от одноканальных к многоканальным пеленгаторам при решении задач радиоконтроля, радиолокации и радионавигации, обусловлен необходимостью повышения их быстродействия, пропускной способности и точности. Однако наличие значительной аппаратурной неидентичности каналов пеленгатора сдерживает развитие указанного направления из-за ограничения по точности пеленгования.

В диссертационной работе для обеспечения высоких быстродействия, пропускной способности и точности многоканальных пеленгаторов предложены и разработаны принципы автоматического совмещенного контроля.

Основные научные результаты работы сводятся к следующему:

1. Исследованы алгоритмы и структуры многоканальных пеленгаторов с ФАР в режимах амплитудной и фазовой пеленгации.

2. Выполнен анализ методической, флюктуационной и аппаратурной составляющих погрешности многоканальных амплитудных и фазовых пеленгаторов.

3. Сформулированы принципы построения и критерии эффективности автоматизированных средств контроля многоканальных пеленгаторов с разделением и совмещением во времени режимов пеленгации и контроля. При этом показано, что при использовании автоматизированных средств контроля а) в многоканальных амплитудных пеленгаторах, имеющих, например, полную погрешность пеленгования 5,82°, обеспечивается снижение полной погрешности пеленгования до 1,1° при флюктуационной погрешности, равной 1°; б) в многоканальных фазовых пеленгаторах , имеющих, например, полную погрешность пеленгования 2,15°, обеспечивается снижение полной погрешности пеленгования до 0,25° при флюктуационной погрешности, равной 0,15°.

4. Исследована точность оценки характеристик линейного тракта с помощью совмещенного встроенного контроля для различных вариантов радиообстановки на входе пеленгатора.

5. С целью повышения точности пеленгования в условиях сложной радиообстановки разработаны пути адаптации структуры и параметров стимулирующего сигнала и когерентного измерителя с когерентной обработкой, и при этом показано, что можно обеспечить выигрыш в точности пеленгования от 2 до 10 раз. При этом показано, что при использовании предложенного стимулирующего сигнала с частотной манипуляцией и адаптацией структуры обеспечивается уменьшение фазовой неидентичности каналов линейного тракта до 6° при наличии полезного сигнала, когда отношение полезного сигнала к шуму g^ <20 дБ.

6. Разработаны алгоритмы и структура генератора стимулирующего сигнала, основанного на использовании быстрого корреляционного и корреляционно-фильтрового преобразований, обеспечивающего формирование большого набора видов модуляции и широкого диапазона изменения параметров сигналов.

7. Проверка разработанных в работе теоретических положений осуществлялась на основе имитационного моделирования с использованием языка высокого уровня Watcom С++. В ходе моделирования исследована достоверность предложенного в диссертации варианта построения совмещенного встроенного контроля для различных видов стимулирующих сигналов и вариантов радиообстановки. Полученные в ходе моделирования результаты находятся в хорошем соответствии с теоретическими расчетами. 8. Основные результаты работы нашли применение в работах, выполненных в интересах НКБ "Миус" в ходе выполнения двух хоздоговорных НИР (№11225, №11227) и двух госбютжетных НИР (№11256, №1054/2), выполненных в ТРТУ, а также находят использование в учебном процессе по дисциплине "Технико-экономическая оптимизация РТС". Результаты диссертации опубликованы в 9 научных работах, из них 7 статей и 2 доклада на научно-технических конференциях.

1. Шишов Ю.А., Ворошилов В.А. Многоканальная радиолокация с временным разделением каналов. -М.: Радио и связь, 1987. -144с.

2. Кондратьев B.C., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы. -М.: Радио и связь, 1986, -264 с.

3. Мартынов В.А., Селихов Ю.И. Панорамные приемники и анализаторы спектра. -М.: Сов. Радио, 1980, -280 с.

4. Рембовский A.M. Комплексы радиоконтроля и выявление каналов утечки информации. // Системы безопасности связи и телекоммуникации, -М.: №23, 1998

5. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. М.: Радио и связь, 1986. -288 с.

6. Долгов В.А., Касаткин А.С., Сретенский В.Н. Радиоэлектронные автоматические системы контроля. -М.: Сов. Радио, 1978.-384 с

7. Дятлов А.П., Орлов Т.Н. Способ автоматического контроля и коррекции параметров приемных устройств. Радиотехника, №8, 1976.

8. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Совмещенный встроенный контроль на основе использования когерентной обработки стимулирующего сигнала. // Труды V МНТК "Радиолокация, навигация, связь" (RLNC 99), Воронеж,1998.

9. Лукошкин А.П., Каринский С.С., Шаталов А.А. и др. Обработка сигналов в многоканальных РЛС. -М.: Радио и связь, 1983. -328 с.

10. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Комбинированный пеленгатор на основе линейной фазированной антенной решетки. // Труды IV

11. МНТК "Радиолокация, навигация, связь", Воронеж, ВНИИС, 1998.

12. Белавин О.В. Основы радионавигации. -М.: Сов. Радио, 1967. -470 с.

13. Кривицкий Б.Х. Автоматические системы радиотехнических устройств. -М.: Энергоиздат, 1962. -664 с

14. Галахова О.П., Колтик Е.Д. и др. Основы фазометрии. Л.: Энергия, 1976. -256 с.

15. Крылов Г.М., Пруслин В.З. и др. Амплитудно-фазовая конверсия. -М.: Связь, 1979. -256 с.

16. П.Крылов Г.М., Панов В.И. и др. Фазовые характеристики усилительных устройств. М.: Энергия, 1975. -184 с.

17. Пестряков В.Б., Афанасьев В.П. и др. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. М.: Сов. Радио, 1973. -424 с.

18. Панкратов В.П. Фазовые искажения и их компенсация. М.: Связь, 1974. -344 с

19. Шибанов Г.П., Артеменко А.Е. и др. Контроль функционирования больших систем. -М.: Машиностроение, 1977. -360 с.

20. Агейкин Д.И. Датчики контроля и регулирования. -М.: Машиностроение, 1965. -928 с.

21. Куликовский Л.Ф. Автоматические информационно-измерительные приборы. -М.: Энергия, 1966. -424 с.

22. Бромберг Э.М., Куликовский K.JL Тестовые методы повышения точности измерений. -М.: Энергия, 1978. -176 с.

23. Костюков В.Н., Донсков В.И., Тишина Т.Г. Система компьютерного мониторинга для предупреждения аварий и контроля технического состояния "КОМПАКС". Зарубежная радиоэлектроника, №9, 1996

24. Проектирование внешних средств автоматизированного контроля радиоэлектронного оборудования / Н.Н.Пономарёв, И.С.Фрумкин, И.С.Гусинский и др.; Под ред. Н.Н.Пономарёва.-М.:Радио и связь, 1984 -328 с.

25. В.Ф.Баумгарт. Автоматизация контроля радиоприёмников. -М.: Связь,1970, -84 с.

26. Касаткин А.С. Эффективность автоматизированных систем контроля. -М.: Энергия, 1975. -88 с.

27. Кудрицкий В.Д., Синица М.А., Чинаев П.И. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. П.И.Чинаева. - М.: Сов. радио, 1977. -306 с.

28. Петров А.В., Яковлев А.А. Анализ и синтез радиотехнических комплексов. -М.: Радио и связь, 1984. -248 с.

29. Разумный В.М. Оценка параметров автоматического контроля. -М.: Энергия, 1975. -80 с.

30. Глазунов Л.П., Грабовецкий В.П. и др. Основы теории надежности автоматических систем управления. -JL: Энергоатомиздат, 1984. -208 с

31. Вакин С.А., Шустов JI.H. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки.-М.: Сов. Радио, 1968. -350 с

32. Вартанесян В.А. Радиоэлектронная разведка.-М.: Воениздат, 1991.-210 с.

33. Дятлов А.П. Совмещённый встроенный контроль РЭА. Учебное пособие. Таганрог: ТРТУ, 1998, -40 с.

34. Зб.Адоменас П.Б., Аронсон Я.А. и др. Измерители амплитудных характеристик и их применение. -М.: Связь, 1968. -165 с.

35. Дятлов А.П., Дятлов П.А., Борисов А.А. Помехоустойчивость когерентного измерителя с квадратурной обработкой при различных вариантах радиообстановки / Вопросы специальной радиоэлектроники. Таганрог: Таганрогский НИИ связи. Выпуск 1, 1998, с.73-77.

36. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. -М.: Сов. Радио, 1984. -272 с.

37. Саидов А.С., Тачилаев А.Р. и др. Проектирование фазовых автоматических пеленгаторов. -М.: Радио и связь, 1997. -160 с.

38. Савв К.Р. Состояние и перспективы развития радиоимпульсной фазометрической аппаратуры. Техника средств связи. Серия Радиоизмерительная техника, В. 8. 1990. с.3-15

39. Дятлов А.П., Дятлов П.А., Борисов А.А. Совмещенный встроенный контроль многоканального линейного тракта супергетеродинного приемника / Вопросы специальной радиоэлектроники. Таганрог: Таганрогский НИИ связи. Выпуск 1, 1998, с.63-68.

40. Венскаускас К.К., Каргополов С.Г. и др. Системы и средства радиосвязи морской подвижной службы. -Л.: Судостроение, 1986. -230 с.

41. Апорович А.Ф. Статистическая теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. -Минск: Наука и техника, 1984. -196 с.

42. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. -М.: Радио и связь, 1983. -252 с.

43. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. -М.: Сов. Радио, 1978. -320 с.

44. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. -М.: Радио и связь, 1991. -320 с.

45. Дятлов А.П. Корреляционное устройство контроля спектральных характеристик радиообстановки. Радиотехника, №11, 1984.

46. Дятлов А.П. Обнаружители и измерители параметров в радиоконтроле. Учебное пособие. ТРТИ, Таганрог, 1993.

47. Варакин JI.E. Теория сложных сигналов. -М.: Сов. Радио, 1970. -232 с.

48. Варакин JI.E. Системы связи с шумоподобными сигналами. -М.: Радио и связь, 1985. -380 с.

49. Кочемасов В.Н., Белов JI.A., Оконешников B.C. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. -М.: Радио и Связь, 1983.

50. Борисов А.А. Многоканальная система оперативного совмещенного встроенного контроля с адаптацией / Тезисы докладов IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов. Таганрог, 1998.

51. Дятлов А.П., Евдокимов Ю.Ф. Быстрое корреляционное преобразование. Ростов-на-Дону: РГУ, 1983.

52. Дятлов А.П. Корреляционные методы обработки и формирования сигналов в радиоконтроле. Радиотехника, №7, 1994.

53. А.с. №517984 (СССР). Устройство формирования последовательности когерентных радиоимпульсов / А.П.Дятлов, Ю.Ф.Евдокимов и др. БИ №22, 1976.

54. А.с. №1062886 (СССР). Фазовый манипулятор / А.П.Дятлов, П.П.Клименко и др. БИ №47, 1983.

55. Воронцов М.А., Корябин А.В. и др. Управляемые оптические системы. М.: Из-во "Наука", 1988.

56. Хансен Р.С. Сканирующие антенные системы СВЧ, т.III, перевод с англ. под ред. Г.Т.Маркова и А.Ф.Чаплина. М.: Сов.Радио, 1971.

57. Кочемасов В.Н., Долбня Е.В. и др. Акустоэлектронные Фурье-процессоры. М.: Радио и связь, 1987.

58. Борисов А.А. Метод повышения эффективности систем радиоконтроля. Сборник статей, Москва Таганрог, Таганрогский НИИ связи, 2000, с.133-140.

59. Борисов А.А. Взаимное влияние полезного и стимулирующего сигналов в средствах имитационного совмещенного встроенного контроля. Сборник статей, Москва Таганрог, Таганрогский НИИ связи, 2000, с.141-147.

60. Борисов А.А. Применение сигнальных процессоров в средствах радиоконтроля. Сборник статей. Таганрог: Таганрогский НИИ связи, 2002.

61. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М.: Сов.Радио, 1971, 328 с.

62. Дятлов А.П., Бессонов И.В. Прохождение детерменированных и случайных процессов через типовые радиозвенья.- Таганрог: ТРТИ, 1992, 95 с.

63. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969, 576 с.