автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Разработка и исследование комбинированного пеленгатора на основе линейной фазированной антенной решетки

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РГБ ОА

Дятлов Павел Анатольевич

- 2 АВГ 1993

УДК 621.391

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПЕЛЕНГАТОРА НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Специальность 05.12.17— Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог 1999

Диссертация выполнена на кафедре радиотехнических и телекоммуникационных систем Таганрогского государственного радиотехнического университета.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ — кандидат технических наук, доцент

Обуховец В.А.

>

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ — доктор технических наук, старший научный

сотрудник Володин A.B. (ВНИИ «Градиент», г. Ростов-на-Дону)

доктор технических наук, профессор Федосов В.П. (ТРТУ, г. Таганрог)

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ — Таганрогский научно-исследовательский институт связи

Защита диссертации состоится «</&У»_1999 г. в 14 часов 30

минут на заседании диссертационного совета Д063.13.03 Таганрогского государственного радиотехнического университета (ТРТУ) по адресу: 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, аул. Д-406.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета. Автореферат разослан «_ 1999 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: Ростовская область, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, Таганрогский государственный радиотехнический университет, диссертационный совет Д063 Л 3.03.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Д.В. Семенихина

^ Ъ ~ /Г- я/ О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Конкурентный характер экономики и наличие политических и военных конфликтов между различными странами делает актуальной проблему перехвата и вскрытия информации средств радиосвязи (СРС) на основе использования методов и средств радиоконтроля (РК).

В процессе РК осуществляется обработка информации на основе использования трех групп информативных признаков источников радиоизлучений (ИРИ):

- пространственных;

- временных;

- спектральных.

К числу наиболее важных пространственных характеристик ИРИ относится пеленг, на основе оценивания которого решается целый ряд задач, например:

- определение координат ИРИ и составление карт территориального размещения радиоэлектронных средств (РЭС):

- классификация и идентификация ИРИ, установленных на подвижных объектах;

- выбор трасс (направлений) радиоканалов и мест размещения СРС с учетом особенностей радиообстановки (РО) и условий распространения радиоволн;

- формирование целеуказаний о траекториях перемещения подвижных объектов, местах нарушения охраняемых территорий, объектов и установки средств промышленного шпионажа и т.д.

Последние годы характеризуются бурным развитием радиосвязи на магистральном, зоновом и местном уровнях, а также резким увеличением количества абонентов, пользующихся услугами телефонной, факсимильной, телеграфной связи, цифровой передачей информации для передачи данных и изображений. Все это, особенно с учетом распространения СРС с подвижными объектами, приводит к существенному росту плотности потока радиоизлучений на единицу площади, обостряет проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) средств связи и различных радиоэлектронных средств. Для преодоления возникающих трудностей в последнее время интенсивно развиваются СРС, обеспечивающие улучшение характеристик ЭМС, за счет сокращения времени передачи (пакетные сигналы) до десятков мипли-

секунд, широкого использования передач с прыгающими частотами как по случайному закону, так и на основе целеуказаний об оперативном состоянии (РО).

Необходимость увеличения зоны обслуживания и появление пакетных сигналов и сигналов с прыгающими частотами требует при разработке автоматических пеленгаторов (Пел) в интересах РК обеспечивать решение следующих проблем:

- возможность работы Пел в широком частотном диапазоне (20 МГц + 2 ГГц и выше) и пространственном секторе (180° и более градусов по азимуту и до 90° по углу места);

- повышение быстродействия до единиц миллисекунд и пропускной способности до 100 и более ИРИ;

- повышение разрешающей способности по пеленгу до 10° и точности пеленгования до долей градуса;

- повышение помехоустойчивости и помехозащищенности с целью приема слабых сигналов на фоне мощных помех.

Состояние вопроса. Анализ современных технических средств, используемых в составе комплексов РК. показывает, что наибольшее распространение получили амплитудные пеленгаторы типа Эдкока-Ватсона-Вагта, доплеровские и фазовые (интерферометрические) пеленгаторы.

В качестве примеров реализации амплитудных пеленгаторов можно отметить автоматические пеленгаторы АРП-6, АРП-7 (СССР), Вулленвебер и PST-396 фирмы Телефункен (ФРГ). В качестве примеров реализации доплеровских пеленгаторов можно отметить пеленгаторы типа РА055 фирмы «Роде Шварц» (ФРГ), PQ1 и PQ2 фирмы DS (США), в качестве примеров реализации фазовых (интерферометри-ческих) пеленгаторов можно отметить пеленгаторы типа ES1500 фирмы ESL (США), TRC612 и TRC613 фирмы «Томсон» (Англия) и DDF060 фирмы «Роде Шварц» (ФРГ).

Существующие в настоящее время Пел не обеспечивают решение перечисленных проблем. Амплитудные пеленгаторы с механическим сканированием диаграммы направленности (ДН) антенн не обеспечивают требуемого быстродействия и точности пеленгования. Доплеровские пеленгаторы не обеспечивают требуемого быстродействия, точности пеленгования, разрешающей способности по пеленгу и помехо-

защищенности. Фазовые пеленгаторы имеют низкую разрешающую способность и малый сектор однозначного пеленгования. Дисбаланс между тактическими требованиями и техническими возможностями существующих Пел приводит к необходимости разработки новых типов Пел, например, комбинированного пеленгатора с использованием линейных фазированных антенных решеток (ЛФАР). В настоящее время ЛФАР используются в доплеровских и фазовых пеленгаторах, однако, при этом не. реализуется их возможности по увеличению помехоустойчивости, быстродействия, разрешающей способности по пеленгу, реализации различных законов пространственного обзора, а также повышению помехозащищенности, например, путем формирования провалов в ДН антенны в направлении на мешающий ИРИ.

Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка и исследование комбинированного пеленгатора на основе использования ЛФАР, обладающего высокими показателями быстродействия, помехозащищенности, пропускной способности, точности пеленгования, разрешающей способности по пеленгу и частоте в широких пространственном секторе и рабочем частотном диапазоне и обеспечивающего в процессе РК обнаружение, классификацию, оценивание информативных параметров, разрешение и пеленгование сигналов с прыгающими частотами. »

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1) разработка и исследование принципов построения, алгоритмов и структур экспресс-анализатора РК, обеспечивающего обнаружение, классификацию, оценивание информативных параметров «полезных» сигналов и формирование частотных и временных целеуказаний для пеленгования;

2) разработка и исследование принципов построения комбинированных пеленгаторов с использованием ЛФАР на основе сочетания амплитудного "и фазового методов;

3) разработка алгоритма и структуры амплитудного пеленгатора на ЛФАР с большим сектором пеленгования;

4) разработка и исследование принципов путей уменьшения отдельных компонент погрешности пеленгования на основе использования методов встроенного контроля;

5) разработка алгоритма и структуры одноканапьного фазового пеленгатора, обладающего малой аппаратурной погрешностью;

6) оптимизация основных характеристик амплитудного и фазового пеленгаторов

на основе выбора параметров ЛФАР.

Метод исследования. Исследования проведены с использованием методов теории вероятностей, математической статистики, статистической радиотехники, вы-' числительной математики, а также имитационного моделирования систем.

Научная новизна работы. Разработаны принципы построения комбинированного пеленгатора (КП) на ЛФАР и экспресс-анализатора (ЭА), обеспечивающих высокие быстродействие, пропускную способность и точность пеленгования.

Исследованы алгоритмы пространственного и частотного поиска ИР И, обнаружения, классификации и измерения параметров дискретно-частотных (ДЧ) сигналов на основе использования многофункциональных корреляционных устройств.

Исследованы алгоритмы и структуры средств встроенного контроля, обеспечивающих совмещение основного режима работы (пеленгования) с проведением контроля и коррекции амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик каналов линейных трактов приемника КП.

Разработаны методики анализа и оптимизации помехоустойчивости обнаружения и классификации пропускной способности, быстродействия, точности пеленгования и оценивания несущей частоты кратковременных сигналов, включая ДЧ сигналы.

Практическая ценность. Разработанные принципы построения, алгоритмы и структуры повышают эффективность Пел и ЭА путем повышения их точности, быстродействия и пропускной способности.

Разработанные методики анализа и оптимизации основных характеристик Пел и ЭА обеспечивают эскизное проектирование новых, а также модернизацию существующих комплексов РК.

Внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при выполнении хоздоговорных НИР «Ртуть-Д» (ВНИИ «Градиент», г. Ростов-на-Дону),

«Трасса» (Таганрогский НИИ Связи), «Салют-ТС» (ЦНИИМаш, г. Калининград) и госбюджетных НИР №11252, 11256 (ТРТУ, г. Таганрог), что подтверждено соответствующими документами.

Апробация работы. Диссертационная работа и ее отдельные разделы докладывались и обсуждались на Всероссийских НТК:

- «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (г. Таганрог, 1996 и 1997г.г.);

- «Компьютерные технологии в инженерной и исследовательской деятельности» (г.Таганрог, 1997 и 1998 г.г.);

- «Радио- и волоконно-оптическая связь, радиолокация, радионавигация» (г. Воронеж, 1998 г.);

- «Радиоэлектроника, микроэлектроника, системы связи и управление» (г. Таганрог, 1997 г.), а также на научно-технических конференциях ТРТУ (г. Таганрог, 1995-1997 г.г.).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 21 работе, из них 16 печатных работ и 5 рукописных.

Объем работы. Диссертация содержит 134 страницы; состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, 49 рисунков, ссылки на литературу из 59 наименований.

Выносимые на защиту положения.

1) Алгоритм и структура комбинированного пеленгатора на основе ЛФАР.

2) Алгоритм и структура экспресс-анализатора радиообстановки.

3) Алгоритм и структура одноканального фазового пеленгатора.

4) Алгоритм и структура средств совмещенного встроенного контроля (ССВК).

5) Методика анализа и оптимизации основных характеристик комбинированного пеленгатора и экспресс-анализатора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, выполнен анализ существующего положения в теории и практике при проектировании автоматических Пел, отмечен разрыв между возможностями современных автоматических Пел и требованиями, предъявляемыми к ним, при пеленговании кратковременных сигналов, включая сигналы с прыгающими частотами типа дискретно-частотных (ДЧ).

С целью преодоления отмеченного выше разрыва предлагается провести исследования по построению комбинированного пеленгатора (КП) на основе линейной фазированной решетки (ЛФАР). Приводится перечень основных задач, решение которых необходимо для создания КП на ЛФАР.

Дан краткий обзор содержания диссертации.

В первой главе выполнена классификация ЛФАР и приведены соотношения, устанавливающие взаимосвязь их основных характеристик с характеристиками пеленгаторов, предназначенных для решения задач РК.

Показано, что при построении амплитудных пеленгаторов на основе ЛФАР и использовании типовых электронных фазовращателей можно обеспечить высокое быстродействие Гв = 2-10'3 сек, среднеквадратичную погрешность пеленгования ов = 1° и сектор пеленгования Д0 12°. С целью уменьшения погрешности и увеличения сектора пеленгования дана рекомендация о необходимости проведения исследований по йостроению КП.

Вторая глава посвящена исследованию путей построения экспресс-анализатора, формирующего целеуказания для пеленгования.

Пеленгование ИРИ СРС в УКВ диапазоне в интересах РК осуществляется в условиях сложной РО, которая характеризуется многокомпонентностью, динамичностью, большим уровнем априорной неопределенности, сложной помеховой обстановкой.

Многокомпонентность РО обусловлена многообразием аналоговых и дискретных сигналов, используемых системами связи (АМ, ЧМ, ФМ, ОБП-АМ, ДЧ, ДСЧ и т.д.) п высокой плотности ИРИ в рабочем частотном диапазоне РК (и > КГ6 кщчетЯ1гп). Динамичность РО объясняется небольшой длительностью

большинства ИРИ (от единиц секунд до нескольких минут) и случайным характером их трафика.

Поскольку пеленгование осуществляется в интересах РК, то это приводит к необходимости функционирования КП в условиях большой априорной неопределенности, когда неизвестными являются не только частотные и временные компоненты РО, но и вид их модуляции.

С учетом вышеприведенных особенностей РО показана необходимость многоэтапной обработки информации при построении КП, которая включает в себя

1) экспресс-анализ РО, обеспечивающий обнаружение, классификацию, разрешение, оценивание параметров компонент РО, выделение полезных сигналов и формирование целеуказаний для КП;

2) пространственный поиск, грубое и точное пеленгование полезных сигналов. Для решения задач экспресс-анализа разработаны рабочие модели РО, дано

аналитическое описание различных компонент РО и помеховой обстановки. Сформулирован набор информативных признаков для классификации и выделения полезных ДЧ сигналов:

- изменение частоты от посылки к посылке;

- количество и значение несущих частот в адресном наборе;

- амплитуда и длительность частотных посылок;

- ширина частотного диапазона, занимаемого ДЧ сигналом.

В современных СРС длительность частотных посылок ДЧ сигналов колеблется от 2,5 мсек до 10 мсек; количество частот в адресном наборе — от 10 до 300; ширина занимаемого частотного диапазона — от 5 МГц до 100 МГц.

На основе проведенных исследований разработан алгоритм экспресс-анализа

^[М')] /Т»(0] -» МО] -> Ы')] -> FN1Ыt)V

где /г0б[Уо(Г)] — оператор, соответствующий частотной селекции и обнаружению компонент РО; /ХугМ] — оператор, соответствующий разрежению потока входных сигналов до двухкомпонентного уровня и составлению банка компонент РО;

^[УгМ] — оператор, соответствующий классификации компонент РО па полезные

(похожие на ДЧ сигналы) и сопутствующие; Ьг(0] — оператор, соответствую-

щий классификации полезных компонент РО и разрешении отдельных ДЧ сигналов; ^оиЬъСО] — оператор, соответствующий оцениванию параметров отдельных ДЧ сигналов и формированию частотных и временных целеуказаний для настройки КП.

Структура ЭА„ обеспечивающего РК в соответствии с вышеприведенным алгоритмом, приведена на рис. I, где ВТ— входной тракт; АУ — антенное устройство; Пр — последовательный приемник; УУ — устройство управления; ИП — измерительная подсистема; Об — обнаружитель; Кл — классификаторы; Уоц — устройство оценивания; СВК —средства встроенного хонтроля; РУ — решающее устройство.

Рис. 1.

На основе разработанных в диссертации методик анализа основных характеристик и оптимизации пропускной способности ЭА устанавливаются требования к ВТ и ИП. При этом показана целесообразность использования в ВТ последовательно-параллельного частотного поиска и получены соотношения для расчета пропускной способности, быстродействия, разрешающей способности по частоте и помехоустойчивости обнаружения.

С целью повышения эффективности ИП разработаны алгоритмы и структура многофункционального автокорреляционного устройства с квадратурной обработкой (АУКО), обеспечивающего обнаружение, оценивание амплитуды ¿/тс, несущей частоты /с, интервала корреляции ткс, а также классификацию различных видов модуляции (АМ, ЧМ, ФМ). Структура АУКО приведена на рис. 2, где ПФ — полосовой фильтр; Фв — фазовращатель на л72; ЛЗ — линия задержки; П — перемножитель; ФНЧ — фильтр нижних частот; («)2 — квадратор; — сумматор; ,/(•) — устройство

извлечения корня квадратного; Д — делитель; ФП — функциональный преобразователь; УКО — устройство квадратурной обработки; РУ — решающее устройство.

Рис. 2.

Получены соотношения для расчета помехоустойчивости при обнаружении (/по, Рлт) и погрешности оценивания частоты а/с и интервале корреляции стткс.

Показано, что для случая, когда РО состоит из 100 непрерывных компонент, в составе которых присутствуют 10 ДЧ сигналов, разработанный ЭА обеспечивает решение всех задач экспресс-анализа за 4 сек с вероятностями Лто = 0,995, Рлт = 10"6 и среднеквадратичными погрешностями оценивания частоты компонент ст/с < 5-102 Гц и интервала корреляции откс/тк 5 0,2.

В третьей главе приведены исследования по принципам построения и методике анализа основных характеристик КП.

Показано, что для пеленгования ДЧ сигналов в широком пространственном секторе с высокими точностью п быстродействием необходимо использонагь следующий набор этапов:

- этап экспресс-анализа РО, обеспечивающий формирование банка сигналов и помех, а также частотных и временных целеуказаний для пеленгования ИРИ с ДЧ сигналами;

- этап пространственного поиска, обеспечивающий разрешение и грубое пеленгование нескольких олнояременно существующих ИРИ с ДЧ сигналами с меор-тогональными (перекрыиающнмпся) адресными группами частот;

- этап точного пеленгования, результаты которого соответствуют требованиям, предъявляемым к системам определения местоположения. Анализ тенденций развития используемых в РК пеленгаторов показывает, что поставленную задачу можно попытаться решить на основе построения КП, сочетающего амплитудный и фазовый методы.

С целью повышения быстродействия АП целесообразно при построении КП использовать фазированную антенную решетку, например линейную решетку (ЛФАР), что позволяет перейти от электромеханического к электронному сканированию пространства.

Для обеспечения функционирования КП в широком частотном диапазоне целесообразно использовать супергетеродинные приемные устройства, настраиваемые на полезные сигналы S(l, 1,5.) по целеуказаниям, поступающим от ЭА КРК, и обеспечивающие благодаря частотной селекции разрежение многокомпонентного входного процесса до двухкомпонентного уровня.

Для обеспечения функционирования КП в широком пространственном секторе необходимо для управления ЛФАР использовать электронные фазовращатели с большим диапазоном изменения фазы, что проще реализовать в диапазоне промежуточных частот. В связи с тем, что при ограничении на количество излучателей АП на основе ЛФАР не обеспечивает высокой точности пеленгования, то при построении КП возникает необходимость в дополнительном использовании ФП. При этом АП выполняет функции грубой ступени, которая производит пространственный поиск и устраняет многозначность отсчета пеленга в ФП, являющегося точной ступенью КП, при функционировании последнего в широком пространственном секторе.

Обобщенный алгоритм КП на основе ЛФАР может быть представлен в следующем виде:

[Дср->-р[д<р]->Ог J

где Л[уп(/)] — оператор, соответствующий частотной селекции, в результате которой многокомпонентный входной процесс yn{t) превращается в двухкомпоиентный процесс У2О) = S(t, 1,5.) + n(t); S(t,I,а.) — квазидетерминированный сигнал с информа-

тивным параметром / и сопутствующими априорно неизвестными параметрами а ; n(t) — гауссовая стационарная помеха; F[y2(')] — оператор, соответствующий обработке на основе амплитудного и фазового методов пеленгования; Um(t) — огибающая сигнала, используемая при амплитудном пеленговании; Дф — разность фаз между сигналами, принятыми разнесенными излучателями ЛФАР; F[Um(t)] — оператор, соответствующий изменению Um(l) при сканировании диаграммы направленности (ДН) ЛФАР; F[Acp] — оператор, соответствующий оцениванию пеленга при использовании фазового метода; 9r,9,, G — оценки пеленга: грубая на выходе АП, точная на выходе ФП и результирующая на выходе КП.

При реализации оператора /"[клМ] на основе использования многоканального супергетеродинного приемного устройства, в котором синтезатор частоты (СЧ) настраивается по целеуказаниям от ЭА КРК, а операторов /Ч)>2(0]> /"Win(')]> F(Acp) на основе использования типовых средств АП и ФП, структурная схема КП может быть представлена на рис. 3, где Ао,— антенна ЭА; Ai,... А,,..., An — излучатели ЛФАР; МСП — многоканальный супергетеродинный приемник; ЛТцд, ... ЛТо, ..., ЛТ_ш — линейные тракты МСП; £ — сумматор; САП — средства АП; СФП — средства ФП; РУ — решающее устройство; Фвмд,... Фво, ..., Фв_ш — управляемые фазовращатели; УУ — устройство управления обзором пространства.

КП, также как ЭА КРК, функционирует в рабочем частотном диапазоне А/i» выделенном для РК. Используемый в КП МСП для обеспечения когерентности сигналов на выходе ЛТ должен перестраиваться по частоте от одного синтезатора частот (СЧ).

Грубая оценка пеленга осуществляется на основе амплитудного метода путем сканирования зоны пространственного сектора, соответствующей перекрытию ячейки, определенной по результатам пространственного поиска.

А,

А,

А„

Рис. 3.

Алгоритм оценки пеленга при амплитудном пеленговании со сканированием имеет вид:

УАп1в(')]= -»0 при (0 +- ДГ, + Л/, < I < 10 + АТ, + &!, + ДГ2;

)]= + 9(/ - т„)];а'и 26 5 а'.; в = ^; = < + 0?. = 0Г- ^ + ДО^ ;

А9„

ДГ,

2 к

Дфлп_ = — т! $¡110Л1 при („ + Д7"| + +" ЛГ2 < ' < (о + ДЛ + Д/| + Д7'2 + Д'г,

где С/ап[6(')] — огибающая напряжения сигнала 1,а) на выходе АП; Д0(/)] — нормированная ДН ЛФАР при пространственном сканировании; 0 — угловая скорость сканирования ДН ЛФАР; о'„, а', — верхняя и нижняя границы зоны сканирования ДН ЛФАР на втором этапе; т„ — оценка временного сдвига, при котором (Удп[0(/)] —> тах; 0ДИ —опенка пеленга и АП: Д0дп —значение пеленга чнутри зоны сканирования; ДТг — время, необходимое для АП за один цикл сканирования; Д/г

— время, необходимое для установки в Фв фазового сдвига Д<рЛП ; ДфЛц — фазо-

А

вые сдвиги, вносимые фазовращателями в каналах ЛТ при пеленге, равном О Ы1.

Второй этап пеленгования осуществляется на основе фазового метода, обеспечивающего точное оценивание пеленга 0Т. ФП реализуется на основе использования двух крайних излучателей ЛФАР, разнесенных на /,, и двух каналов ЛТ супергетеродинного приемника при условии, что АП обеспечивает устранение многозначности в отсчете пеленга 9Г. Алгоритм оценки пеленга 9, при этом имеет вид: . т

п[в,)= £ - ■£„(/ + Ч,п)е-

при /о + ДГ] + А/1 +■ ДГ2 + Д/2 5 / < 1о + ДГ, + Л/1 + ДГ2 + Д/2 + Г2; ДФ0Г1 = у ^; 2 ЛфФП -л;®=0ап+б,;

2п

^Ч> = 2дч>лп,„ + дЧ>фп; ¿"Рлп,,, = у АУ ^ап .

где (/ФП|^0Т^ — напряжение на выходе ФП; Д<?фп — фазовый сдвиг сигналов на выходе ФП; Дфлпу;! — фазовый сдвиг, вносимый Фв в каналах ЛТ по результатам

оценки пеленга в АП; Г2 — время, необходимое дл* ФП; 8 — результирующая оценка пеленга в КП; Д(р — полная разность фаз в каналах ЛТ ФП с учетом коррекции при амплитудном пеленговании; ТУ— количество излучателей в ЛФАР.

Помехоустойчивость КП в зависимости от этапов пеленгования характеризуется набором таких характеристик, как

1) вероятность ошибочных решений при обнаружении полезных сигналов Рош;

2) относительная среднеквадратичная погрешность оценивания амплитуды сигнала аи^/и^ ;

3) среднеквадратичная погрешность оценивания момента времени стты, соответствующего прохождению максимума ДН ЛФАР через пеленг на ИРИ;

4) среднеквадратичная погрешность оценивания фазового сдвига оффц.

5) среднеквадратичная погрешность пеленгования в АП оОАп и ФП оОфп-

Разработана методика анализа основных характеристик КП, определены уравнения взаимосвязи и показана возможность обеспечения сектора пеленгования ДО = 180°, быстродействия Гб < 1Q'1 сек и погрешности пеленгования об < 0,2°, что существенно лучше, чем в существующих Пел.

Исследованы основные режимы управления диаграммой направленности ЛФАР на основе использования электронных фазовращателей. Предложены и ис-. следованы электронные фазовращатели на основе двойного преобразования частоты, обладающие большим диапазоном изменения фазы (Д(р„ = ±10я), высокими быстродействием ГБ е [10^1(Г!] сек и погрешностью установки фазы Д(р®, < 0,7°.

Предложены и исследованы алгоритм и структура одноканального фазового пеленгатора, обеспечивающего существенное уменьшение погрешности, обусловленной неидентичностью двухканальных ЛТ. Показано, что погрешность, обусловленная неидентичностыо двухканального ЛТ может быть уменьшена с 10°-5-30° до 0,3V 1°.

Четвертая глава посвящена исследованию принципов построения ССВК линейных трактов приемника КП.

Эффективность КП существенно зависит от степени идентичности АЧХ и ФЧХ каналов используемых в них супергетеродинных приемников.

С целью обеспечения высокой идентичности АЧХ и ФЧХ каналов приемника широкое применение получил тестовый встроенный контроль с использованием стимулирующих сигналов (СтС).

При решении задач первичной обработки информации в РК при жестких требованиях к уровню готовности Пел, случайном характере временных параметров входных воздействий, необходимости аттестации метрологических характеристик Пал в процессе функционирования традиционное последовательное сопряжение основного режима и режима контроля становится неприемлемым и возникает необходимость в параллельном сопряжении указанных режимов, т.е. в совмещении во времени. Такой подход приводит к необходимости разработки нового вида контроля — совмещенного встроенного автоматического контроля, который в настоящее время недостаточно исследован.

Для организации совмещенного встроенного контроля необходимо решить проблему, связанную с взаимным влиянием полезных и стимулирующих сигналов.

В данном случае для этого предлагается в качестве СтС использовать периодическую импульсную последовательность ЛЧМ сигналов с большой базой и их когерентную обработку на выходе каналов ЛТ при контроле КДсо) и <р,(ш) в когерентном измерителе с квадратурной обработкой (КИКО).

Одним из основных компонентов ССВК, обеспечивающих контроль и коррекцию АЧХ и ФЧХ линейного тракта КП, является КИКО.

Структура КИКО для контроля одного канала ЛТ КП при воздействии только СтС, приведена на рис. 4, где ГСтС — генератор периодического ЛЧМ сигнала; ПФ0 — полосовой фильтр (эквивалент одного канала линейного тракта приемника); П — перемножитель; Фв — фазовращатель на тс/2; ЛЗ — линия задержки; ФНЧ — фильтр нижних частот; Д — делитель напряжений; УКО — устройство квадратурной обработки; ФП — функциональный преобразователь arctg (•); РУ|, РУ2 — решающие устройства.

и,(0

ОД

ГСтС —г— ПФ.

ЛЗ

40)

КИКО

ФНЧ УКО ру,

Фв

ФНЧ д ФП РУ2

U.W

U.W

Рис. 4.

Поскольку в Пел, решающих задачи РК, как правило, полоса пропускания ЛТ ДДт значительно превышает ширину спектра А/, полезного сигнала .У(/), то это обстоятельство позволяет при проведении контроля использовать не полную информацию об АЧХ и ФЧХ, имеющейся в напряжениях £/а(') и ЦДО, а лишь отдельные отсчеты этих напряжений. При этом в качестве контролируемых параметров для обеспечения идентичности АЧХ и ФЧХ каналов МСГ1 достаточно использовать: I) максимальный коэффициент передачи ПФ 2) резонансную частоту ПФ Уф; 3) полосу

пропускания ПФ Д/ф; 4) фазовый сдвиг, вносимый ПФ на средней частоте СтС <Рф(С0с).

Алгоритмы РУ для оценивания вышеприведенных информативных признаков имеют вид:

- 2и. (г) » (/. о) - а. (/)

и, .Со)

= Г0-Д(, , 12 = /0-Д'2 . = Д'.+ Д'г . д/ф = А'| + Д'з

Лр 2it 2л

Д/,-Д/

, Ч>фЮ = Мтг(шс)-тл,),

где /0 —оценка момента времени to, когда £/д(0 становится максимальным; (Ул_(/) — оценка максимального значения 1УА(/); /,, /2 — оценка моментов времени i| и /2, когда выходной эффект {Уд(') = 0,7 ¿7 Л_(/); А/], Д/2 — интервалы времени, на которые смещены моменты времени Г] и /2 относительно середины цикла СтС.

А

Оценка максимального коэффициента передачи ПФ0 может использоваться для стабилизации Х„ф(со), например, путем АРУ. Оценки средней частоты ПФ0 /С[) и полосы пропускания ПФ Д /ф могут использоваться для автоматической коррекции параметров АЧХ ПФ0 путем перестройки частоты /ср и изменения Д/ф. Оценка фазового сдвига ПФ0 <Рф(о)с) может использоваться для коррекции ФЧХ ПФ0 путем регулировки фазового сдвига, вносимого фазовращателем.

Разработана методика анализа достоверности и быстродействия средств совмещенного встроенного контроля, обеспечивающая взаимосвязь характеристик помехоустойчивости и пропускной способности КП с параметрами ГСтС и КИКО.

Показано, что при проведении контроля в паузах между частотными посылками пеленгуемого сигнала для обеспечения высокой идентичности каналов линейного тракта приемника КП (аК!К < 0,1; a<p,piU < 6°) при входном оi ношении CiC/iu>m jj2 --10 дБ и базе СтС Б = 2-104 быстродействие ССВК для 10 каналов JIT приемника КП

составляет ГБ) = 0,2 сек, что приемлемо для большинства тактических ситуаций при

пеленговании ДЧ сигналов.

Показано, что при проведении контроля в присутствии пеленгуемого сигнала при PJo\= 10 и PJPC S 103 для обеспечения требуемой идентичности каналов необходимо затратить время ТБ) = 2 сек, что приведет к снижению пропускной способности КП. С целью повышения быстродействия ССВК до требуемого уровня предложено использовать режектироваиие пеленгуемого сигнала на входе КИКО, и показано, что в случае, если коэффициент подавления полезного сигнала Кр - 0,1, то при этом быстродействие ССВК составляет ТБ = 0,4 сек, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к КП.

В пятой главе приводятся результаты моделирования технических средств КП и ЭА на основе пакета прикладных программ «Micro Сар - V» и «TurboModel».

Для проведения испытаний разработаны модели наиболее важных технических средств КП (ЛФАР, автокорреляционных обнаружителя и частотного дискриминатора, а также КИКО.

Проведенное моделирование позволяет подтвердить корректность теоретических положений, определяющих такие характеристики КП, как ширина диаграммы направленности ЛФАР и сектор пеленгования, помехоустойчивость при обнаружении и погрешность оценивания несущей частоты, а также возможность реализации совмещенного встроенного контроля АЧХ и ФЧХ при использовании стимулирующего сигнала с уровнем ниже уровня собственных шумов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа существующих пеленгаторов и теории фазированных решеток показана необходимость использования в пеленгаторах фазированных антенных решеток, что позволяет за счет перехода от механического к электрическому сканированию диаграммы направленности антенны повысить быстродействие пеленгаторов на несколько порядков.

2. С учетом реальной радиообстановки в УКВ диапазоне показана необходимость использования в составе комбинированного пеленгатора экспресс-анализатора,

обеспечивающего многоэтапную обработку информации с целью обеспечения высокой пропускной способности; оценки общего количества компонент в радиообстановке; классификации компонентов на полезные (ДЧ сигналы) и сопутствующие;' оценку параметров полезных компонент и формирование целеуказаний для пеленгатора.

3. Разработаны методика оптимизации основных характеристик экспресс-анализатора и алгоритмы частотного поиска, обнаружения, классификации, оценивания несущей частоты. Показано, что при наличии на входе экспресс-анализатора до 100 источников радиоизлучений, включая 10 источников полезных ДЧ сигналов для формирования банка компонент радиообстановки и выделения ДЧ сигналов достаточно 4 сек, и при этом ДЧ сигналы обнаруживаются с Рпо = 0,995 при ?„ = КГ6, а их несущая частота оценивается со среднеквадратичной погрешностью о/с = 5Т02 Гц.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Классификатор связных сигналов. Труды ВНТК «Компьютерные технологии в инженерной и исследовательской деятельности». Таганрог, 1997.

2. Дятлов П.А. Экспресс-анализатор радиообстановки. Труды ВНТК студентов и аспирантов. Таганрог, ТРТУ, 1997.

3. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Амплитудный пеленгатор на основе линейной фазированной решетки. Труды ВНТК «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности». Часть II, Таганрог, 1998.

4. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Многофункциональное корреляционное устройство первичной обработки информации. Труды Ш ВНТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники». Таганрог, 1996.

5. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Комбинированный пеленгатор на основе линейной фазированной решетки. Труды ВНТК «Радио- и волоконно-оптическая связь, радиолокация, радионавигация». Воронеж, 1998/

6. Дятлов П.А. Корреляционный преобразователь «фаза-частота». Сборник научных работ студентов и аспирантов РТФ ТРТУ, посвященный 100-летию со дня рождения радио. Таганрог, ТРТУ, 1996.

7. Дятлов П.А. Одноканальный фазовый пеленгатор. Известия ТРТУ, Таганрог, 1997.

8. Дятлов П.А., Борисов A.A. и др. Совмещенный встроенный контроль многоканального линейного тракта супергегеродинного приемника. Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, №2, 1998.

9. Дятлов П.А., Борисов A.A. и др. Использование когерентного измерителя с квадратурной обработкой для решения задач совмещенного встроенного контроля. Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, №2, 1998.

10. Дятлов П.А., Борисов A.A. и др. Помехоустойчивость когерентного измерителя с квадратурной обработкой при различных вариантах радиообстановки. Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, №2, 1998.

11. Дятлов П.А. Оптимизация крутизны дискриминационной характеристики автокорреляционного частотного дискриминатора при приеме простых импульсных сигналов. Труды ВНТК «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности». Часть И, Таганрог, 1998.

12. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Многоканальное корреляционное устройство с однородной структурой. Труды IV ВНТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники». Таганрог, 1997.

13. Дятлов П.А. Оптимизация пропускной способности экспресс-анализатора комплекса радиоконтроля. Известия ТРТУ, Таганрог, ТРТУ, 1998.

14. Кобзарь В.П., Дятлов П.А. и др. Использование алгоритмов сжатия изображений в системах мультимедиа и видеоконференц-связи. Труды ВНТК «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности». Часть И, Таганрог, 1998.

15. Кобзарь В.П., Дятлов П.А. и др. Адаптивная коррекция полосно-ограниченных каналов с амплитудными замираниями и импульсными помехами. Труды ВНТК «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности». Часть II, Таганрог, 1998.

16. Исследование и разработка принципов построения и проектирования адаптивных измерителей спектральных и временных параметров радиолокационных сигналов. Заключительный отчет по г/б 11252 ТРТУ. Таганрог, 1995.

17. Исследование и разработка способов повышения эффективности радиоконтроля межспутниковых каналов связи. Промежуточный отчет по г/б 11256 ТРТУ. Таганрог, 1997.

18. Исследование принципов организации процессов решения задач оперативного радиоконтроля и обработки целевой информации КА НХН'в ботовых вычислительных структурах. Промежуточный отчет по НИР «Салют-ТС»/ТРТУ. Таганрог, 1997.

19. Дятлов П.А. Выбор типа частотного дискриминатора при решении задач радиоконтроля. Труды ВНТК студентов и аспирантов. Таганрог, ТРТУ, 1996.

20. Исследование принципов построения экспресс-анализатора радиообстановки в УКВ диапазоне при проведении радиоконтроля. Отчет по НИР «Ртуть — Д». ТРТУ. Таганрог, 1998.

21. Исследование принципов построения автономной радиосистемы опознавания и относительной навигации группы подвижных объектов. Отчет по НИР «Трасса — Д». ТРТУ. Таганрог, 1998.

ТАГАНРОГСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

347922, г.Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44. Тел. (863-44) 6-51 -40, 6-16-37. E-mail: rts@tsure.ru

Дятлов Павел Анатольевич

ил,

ТРТУ

/

too

3

Л/ m

/ /

Таганрогский государственный радиотехнический университет

На правах рукописи

ДЯТЛОВ Павел Анатольевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПЕЛЕНГАТОРА НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ

РЕШЕТКИ

Специальность 05.12.17 —Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель — к.т.н., доцент

В.А. Обуховец

Таганрог— 1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................4

Глава 1 ЛИНЕЙНЫЕ ФАЗИРОВАННЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ И ИХ

ПРИМЕНЕНИЕ В ПЕЛЕНГАТОРАХ...............................................................11

§1.1. Классификация и основные характеристики линейных

фазированных антенных решеток.....................................................................11

§ 1.2. Принципы построения амплитудного пеленгатора на основе

линейной фазированной решетки .....................................................................19

§1.3. Основные выводы ................................................................................................25

Глава 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗАТОРА, ФОРМИРУЮЩЕГО ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ ДЛЯ ПЕЛЕНГОВАНИЯ ...............27

§ 2.1 .Модели радиообстановки при проведении радиоконтроля............................27

§ 2.2. Этапы обработки информации и структура экспресс-анализатора

комплекса радиоконтроля ..................................................................................31

§ 2.3. Оптимизация пропускной способности экспресс-анализатора

комплекса радиоконтроля ..................................................................................40

§ 2.4. Алгоритмы и структуры обнаружителей, измерителей и

классификаторов при проведении экспресс-анализа ......................................54

§ 2.5. Основные выводы ...............................................................................................62

Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ

КОМБИНИРОВАННОГО ПЕЛЕНГАТОРА НА ОСНОВЕ

ЛИНЕЙНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ РЕШЕТКИ..................................................64

§ 3.1.Принципы построения и основные характеристики

комбинированного пеленгатора ........................................................................64

§ 3.2. Режимы управления диаграммой направленности

линейной фазированной антенной решетки.....................................................74

§ 3.3. Принципы построения фазового пеленгатора..................................................79

§ 3.4. Основные выводы ...............................................................................................86

Глава 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СРЕДСТВ

СОВМЕЩЕННОГО ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТОВ ПРИЕМНИКА КОМБИНИРОВАННОГО ПЕЛЕНГАТОРА..........................87

§4.1. Постановка задачи ..............................................................................................87

§ 4.2. Алгоритмы и структура средств совмещенного

встроенного контроля.........................................................................................88

§ 4.3. Алгоритм и структура когерентного измерителя с квадратурной

обработкой...........................................................................................................92

§ 4.4. Оптимизация достоверности и быстродействия средств

совмещенного встроенного контроля ...............................................................97

§ 4.5. Основные выводы .............................................................................................108

Глава 5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОМБИНИРОВАННОГО ПЕЛЕНГАТОРА И

ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗАТОРА.........................................................................110

§5.1. Моделирование амплитудного пеленгатора на ЛФАР..................................110

§ 5.2. Моделирование автокорреляционного обнаружителя и

частотного дискриминатора.............................................................................118

§ 5.3. Моделирование средств совмещенного встроенного контроля...................122

§ 5.4. Основные выводы .............................................................................................126

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...............................................................................................................127

ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................................130

ВВЕДЕНИЕ

К концу XX века в эпоху интенсивного развития технического прогресса основным национальным богатством государств являются информационные ресурсы. Экономический потенциал государств в значительной степени определяется эффективностью использования информационных ресурсов, которая в значительной мере определяется уровнем развития телекоммуникаций. Существенную роль в телекоммуникациях играет радиосвязь, которая является монополистом при оказании услуг связи подвижным объектам.

Развитие радиосвязи связано с интенсивным освоением различных участков частотного диапазона, появлением большого количества номенклатуры и типоразмеров средств связи, расширением перечня предоставляемых услуг. Бурный рост количества используемых в последние годы средств связи, привел к увеличению плотности потока радиоизлучений и необходимости решения задачи бесперебойной работы радиоэлектронных средств на основе методологии электромагнитной совместимости (ЭМС).

При этом параллельно с радиосвязью развиваются такие сопутствующие направления радиоэлектроники, как радиоконтроль (РК) и радиоразведка (РР). РК используется для решения таких задач ЭМС радиоэлектронных средств, включая средства радиосвязи /1/, как

- анализ и прогнозирование радиообстановки (РО);

- перспективное планирование и рациональное использование спектра радиочастот;

- оценка степени обеспечения ЭМС средств связи для сложившихся тактико-технических условий;

- оценка степени влияния непреднамеренных помех на эффективность средств связи;

- разработка требований частотно-территориального разноса радиоэлектронных средств;

- оценка эффективности мер и мероприятий по обеспечению ЭМС средств связи.

Конкурентный характер экономики и наличие политических и военных конфликтов между различными странами делает актуальной проблему перехвата и вскрытия информации систем радиосвязи на основе использования методов и средств РР.

РР — самый старый и эффективный вид радиоэлектронной разведки (РЭР). Ее назначение — добывание сведений о противнике различного содержания, а именно: обнаружение, перехват открытых, кодированных и засекреченных передач средств связи различного назначения, пеленгование источников радиосигналов, обработка и анализ получаемой информации с целью вскрытия ее содержания и определения местонахождения носителей источников радиоизлучений (ИРИ). Объектами РР являются работающие средства радиосвязи, использующие всевозможные телефонные, телеграфные, аналоговые и цифровые передачи с различными способами модуляции и манипуляции сигналов. Между собой РК и РР имеют много общего, поскольку задачи, методы и средства для их реализации во многом совпадают.

С учетом конверсионной направленности проводимых соискателем исследований далее по тексту диссертации используется термин «радиоконтроль».

В процессе РК осуществляется обработка информации на основе использования трех групп информативных признаков ИРИ /2/:

- пространственных;

- временных;

- спектральных.

К числу наиболее важных информативных характеристик ИРИ относится пеленг, на основе оценивания которого решается целый ряд задач, например /2, 3/:

- определение координат ИРИ и составление карт территориального размещения радиоэлектронных средств;

- классификация и идентификация ИРИ, установленных на подвижных объектах;

- выбор трасс (направлений) радиоканалов и мест размещения средств радиосвязи с учетом особенностей РО и условий распространения радиоволн;

- формирование целеуказаний о траекториях перемещения подвижных объектов, местах нарушения охраняемых территорий, объектов и установки средств промышленного шпионажа и т.д.

Радиопеленгация — прикладная отрасль радиоэлектроники, изучающая технические вопросы по определению прихода электромагнитных волн в пункте приема от различных ИРИ. Отличительная особенность радиопеленгации, проводимой в интересах РК, состоит в отсутствии детальной априорной информации о виде модуляции и параметрах ИРИ.

Радиопеленгация начала свое развитие в 30-х годах XX века, и в настоящее время основана на использовании трех основных методов реализации устройств измерения направления прихода радиоволн (устройств пеленгации): амплитудного, фазового и амплитудно-фазового (комбинированного) /4, 5/. Значительный вклад в развитие теории и практики пеленгования внесли труды таких ученых, как Вартанесян В.А., Кукес В.А., Мезин В.К., Зуфрин A.M. и др.

Анализ современных технических средств, используемых в составе комплексов РК, показывает, что наибольшее распространение получили амплитудные пеленгаторы типа Эдкока-Ватсона-Ватта, доплеровские и фазовые (интерферометрические) пеленгаторы /6/.

Первая группа пеленгаторов предусматривает прием сигнала двумя группами ортогонально направленных антенн. Сигнал от одной пары антенн (север-юг) подается на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ, сигнал от другой пары антенн (запад-восток) — на вертикально отклоняющие пластины. Линия на экране соответствует направлению прихода сигнала. На третий вход подключается либо всена-правленная антенна, либо суммарный сигнал от всех антенн. Этот сигнал служит для разрешения неопределенности при измерении угла прихода сигнала. Простота конструкции и обслуживания систем Эдкока-Ватсона-Ватта обусловили их широкое применение для грубой пеленгации. Однако для точного измерения этим методом необходимо иметь три сбалансированных по амплитуде и фазе приемных канала, что существенно усложняет изготовление и использование таких систем. Кроме того, они имеют невысокую чувствительность.

В доплеровском пеленгаторе антенны устанавливаются по кругу. За счет их последовательного переключения создается эффект вращения антенны, обеспечивающий доплеровский сдвиг частоты принимаемого сигнала. Благодаря простоте конструкции (один приемный канал и круговая антенна) такие пеленгаторы также широко

распространены, но они имеют невысокие точность и быстродействие. Для улучшения точности в пеленгаторах такого типа приходится использовать уже три приемных канала — один для переключения антенн по часовой стрелке, другой для переключения в обратном направлении, что обеспечивает устранение ошибок, вызванных изменениями времени задержки в приемных каналах. Третий, опорный канал обеспечивает устранение ошибок, обусловленных внутренней частотной модуляцией принятого сигнала. Попытка увеличить быстродействие доплеровских пеленгаторов путем повышения скорости переключения антенн вызывает частотную модуляцию сигнала, снижающую чувствительность пеленгатора. Поэтому доплеровские пеленгаторы не подходят для обнаружения кратковременных сигналов современных средств связи.

В фазовых и интерферометрических пеленгаторах направление прихода сигнала определяется по разности фаз или времени его приема двумя разнесенными антеннами. Такие пеленгаторы требуют сложной цифровой обработки, но обеспечивают быстрое измерение, высокие точность, чувствительность и быстродействие.

В качестве примеров реализации амплитудных пеленгаторов можно отметить автоматические пеленгаторы АРП-6, АРП-7 (СССР) /5/, Вулленвебер и Р8Т-396 фирмы Телефункен (ФРГ) /4/. В качестве примеров реализации доплеровских пеленгаторов можно отметить пеленгаторы типа РА055 фирмы «Роде Шварц» (ФРГ), РС>1 и Р(^2 фирмы БЭ (США) /4/. В качестве примеров реализации фазовых (интерферометрических) пеленгаторов можно отметить пеленгаторы типа Е81500 фирмы Е8Ь (США), Т11С612 и ТКС613 фирмы «Томсон» (Англия) и ББРОбО фирмы «Роде Шварц» (ФРГ) /6/.

Последние годы характеризуются бурным развитием радиосвязи на магистральном, зоновом и местном уровнях, а также резким увеличением количества абонентов, пользующихся услугами телефонной, факсимильной, телеграфной связи, цифровой передаче информации для передачи данных и изображений. Все это, особенно с учетом распространения систем связи с подвижными объектами, приводит к существенному росту плотности потока радиоизлучений на единицу площади, обостряет проблему ЭМС средств связи и различных радиоэлектронных средств. Для преодоления возникающих трудностей в последнее время интенсивно развиваются

средства радиосвязи, обеспечивающие улучшение характеристик ЭМС, за счет сокращения времени передачи (пакетные сигналы) до десятков миллисекунд, широкого использования передач с прыгающими частотами как по случайному закону, так и на основе целеуказаний об оперативном состоянии радиообстановки /7-9/.

Появление пакетных сигналов и сигналов с прыгающими частотами требует при разработке автоматических пеленгаторов в интересах РК обеспечивать решение следующих проблем /6/:

- обеспечение работы пеленгаторов в широком частотном диапазоне (20 МГц

2 ГГц и выше) и пространственном секторе (180° и более градусов по азимуту и до 90° по углу места);

- повышение быстродействия до единиц миллисекунд и пропускной способности до 100 и более ИРИ;

- повышение разрешающей способности по пеленгу до 10° и точности пеленгования до долей градуса;

- повышение помехоустойчивости и помехозащищенности с целью приема слабых сигналов на фоне мощных помех.

Существующие в настоящее время пеленгаторы не обеспечивают решение перечисленных проблем. Амплитудные пеленгаторы с механическим сканированием ДН антенн не обеспечивают требуемого быстродействия и точности пеленгования. Доп-леровские пеленгаторы не обеспечивают требуемого быстродействия, точности пеленгования, разрешающей способности по пеленгу и помехозащищенности. Фазовые пеленгаторы имеют низкую разрешающую способность и малый сектор однозначного пеленгования. Дисбаланс между тактическими требованиями и техническими возможностями существующих пеленгаторов приводит к необходимости разработки новых типов пеленгаторов, например, комбинированного пеленгатора с использованием фазированных антенных решеток (ФАР). В настоящее время ФАР используются в доплеровских и фазовых пеленгаторах /10/, однако, при этом не реализуется их возможности по увеличению помехоустойчивости, разрешающей способности по пеленгу, реализации различных законов пространственного обзора, а также повышению помехозащищенности, например, путем формирования провалов в ДН антенны в направлении на мешающий ИРИ.

Целью данной диссертационной работы является разработка и исследование комбинированного пеленгатора на основе использования ФАР, обладающего высокими показателями быстродействия, помехозащищенности, пропускной способности, точности пеленгования, разрешающей способности по пеленгу и частоте в широких пространственном секторе и рабочем частотном диапазоне и обеспечивающего в процессе РК обнаружение, классификацию, оценивание информативных параметров, разрешение и пеленгование сигналов с прыгающими частотами(ДЧ сигналов).

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1) разработка и исследование принципов построения, алгоритмов и структур экспресс-анализатора (ЭА) РК, обеспечивающего обнаружение, классификацию, оценивание информативных параметров «полезных» сигналов и формирование частотных и временных целеуказаний для пеленгования;

2) разработка и исследование принципов построения комбинированных пеленгаторов с использованием ФАР на основе сочетания амплитудного и фазового методов;

3) разработка алгоритма и структуры амплитудного пеленгатора на ФАР с большим сектором пеленгования;

4) разработка и исследование принципов путей уменьшения отдельных компонент погрешности пеленгования на основе использования методов встроенного контроля;

5) разработка алгоритма и структуры одноканального фазового пеленгатора, обладающего малой аппаратурной погрешностью;

6) оптимизация основных характеристик амплитудного и фазового пеленгаторов на основе выбора параметров ФАР.

В ходе выполнения работы разработаны принципы построения комбинированного пеленгатора (КП) на основе линейной фазированной антенной решетки (ЛФАР), обладающего совокупностью таких характеристик, как высокие быстродействие и точность, широкие сектор обзора и рабочий частотный диапазон, что позволяет решать такие актуальные задачи радиоконтроля, как обнаружение, селекция, классификация и пеленгование краковременных сигналов, включая ДЧ сигналы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения.

Во введении производится анализ состояния теории и практики пеленгования в интересах радиоконтроля и формулируется постановка задачи.

В первой главе производится классификация ЛФАР, выполнен анализ их основных характеристик, рассмотрены принципы построения и возможности амплитудных пеленгаторов на основе ЛФАР.

Во второй главе исследованы пути построения экспресс-анализатора, формирующего целеуказания для. пеленгования, предложены обобщенный алгоритм экспресс-анализа и алгоритмы набора необходимых функциональных преобразований, разработана методика анализа и оптимизации основных характеристик экспресс-анализатора.

В третьей главе исследуются принципы построения комбинированного пелен