[go: up one dir, main page]

RU2822466C1 - Phase method of direction finding of broadband signals and phase direction finder - Google Patents

Phase method of direction finding of broadband signals and phase direction finder Download PDF

Info

Publication number
RU2822466C1
RU2822466C1 RU2024100849A RU2024100849A RU2822466C1 RU 2822466 C1 RU2822466 C1 RU 2822466C1 RU 2024100849 A RU2024100849 A RU 2024100849A RU 2024100849 A RU2024100849 A RU 2024100849A RU 2822466 C1 RU2822466 C1 RU 2822466C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
phase
spectrum
bandpass filters
signals
Prior art date
Application number
RU2024100849A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Павлович Коваленко
Залимхан Нурланович Турлов
Александр Олегович Жуков
Игорь Николаевич Валяев
Original Assignee
Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" filed Critical Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института"
Application granted granted Critical
Publication of RU2822466C1 publication Critical patent/RU2822466C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radar location; radio navigation.
SUBSTANCE: invention relates to radar, radio navigation and can be used to determine angular coordinates of signal radiation sources. Phase direction finder additionally comprises bandpass filters with adjustable pass band, which makes it possible to automatically match the bandwidth of the receiving channels with the spectrum width of the received signals based on the results of spectral measurements, and compensating delay lines.
EFFECT: high accuracy of calculating the cosine of the guiding angle to the radiation source due to matching the pass band of the receiving channels with the width of the spectrum of the received signal.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников излучения сигналов.The invention relates to the field of radar, radio navigation and can be used to determine the angular coordinates of signal emission sources.

Известны фазовые способы пеленгации, фазовые пеленгаторы и структуры приемников фазовых пеленгаторов (патенты РФ №2631422, РФ №2669385, РФ №2681203, Космические траекторные измерения. Под общей редакцией П.А. Агаджанова и др. М.: Сов. Радио, 1969, с. 244-245).Phase direction finding methods, phase direction finders and structures of receivers of phase direction finders are known (RF patents No. 2631422, RF No. 2669385, RF No. 2681203, Space trajectory measurements. Generally edited by P.A. Agadzhanov et al. M.: Sov. Radio, 1969, pp. 244-245).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является фазовый способ пеленгации и фазовый пеленгатор патент РФ №2681203, который и выбран в качестве прототипа.The closest in technical essence to the proposed invention is the phase direction finding method and phase direction finder RF patent No. 2681203, which was chosen as a prototype.

Известный способ основан на приеме сигнала на две разнесенные антенны, преобразовании принимаемых сигналов двумя приемниками соответственно, измерении разности фаз этих сигналов, измерении спектра принимаемого сигнала, вычислении корреляционной функции сигнала, определении значения корреляционно-фазовой частоты, вычислении времени задержки принимаемых сигналов и вычислении косинуса направляющего угла на источник излучения.The known method is based on receiving a signal at two spaced apart antennas, converting the received signals by two receivers, respectively, measuring the phase difference of these signals, measuring the spectrum of the received signal, calculating the correlation function of the signal, determining the value of the correlation-phase frequency, calculating the delay time of the received signals and calculating the guide cosine angle to the radiation source.

Недостатком прототипа является то, что он не обеспечивает в процессе обработки согласование полосы пропускания приемников с шириной спектра принимаемого сигнала, что снижает точность измерения времени задержки принимаемого сигнала и, как следствие, точность вычисления косинуса направляющего угла.The disadvantage of the prototype is that it does not ensure, during processing, matching the receiver bandwidth with the spectrum width of the received signal, which reduces the accuracy of measuring the delay time of the received signal and, as a consequence, the accuracy of calculating the cosine of the direction angle.

Технической задачей изобретения является повышение точности вычисления косинуса направляющего угла на источник излучения за счет согласования полосы пропускания приемных каналов с шириной спектра принимаемого сигнала.The technical objective of the invention is to increase the accuracy of calculating the cosine of the direction angle to the radiation source by matching the bandwidth of the receiving channels with the spectrum width of the received signal.

Технический результат - патентуемое изобретение обеспечивает создание фазовых пеленгаторов с повышенной точностью определения косинусов направляющих углов на источник излучения.The technical result - the patented invention ensures the creation of phase direction finders with increased accuracy in determining the cosines of the direction angles to the radiation source.

Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием и чертежом, представленным на фиг. 1.The essence of the patented invention is illustrated by the description and drawing shown in Fig. 1.

На фиг. 1 приведена структурная схема патентуемого фазового пеленгатора, реализующего предлагаемый фазовый способ пеленгации широкополосных сигналов. Фазовый пеленгатор содержит две разнесенные антенны 1 и 2, последовательно соединенные с ними два усилителя высокой частоты 3 и 4, последовательно соединенные с ними два смесителя 5 и 6, последовательно соединенные с ними два полосовых фильтра с регулируемой полосой пропускания 7 и 8, последовательно соединенные с ними две линии задержки 9 и 10 соответственно, гетеродин 11, выход которого соединен со вторыми входами смесителей 5 и 6, фазометр 12, входы которого соединены с выходами линий задержки 9 и 10 соответственно, вычислитель 15, первый вход которого соединен с выходом фазометра 12, последовательно соединенные анализатор спектра 13 и анализатор корреляционной функции 14, причем вход анализатора спектра 13 соединен свыходом первого смесителя 5, выходы анализатора спектра 13 и анализатора корреляционной функции 14 соединены со вторым и третьим входами вычислителя 15 соответственно, первый выход которого соединен с управляющими входами полосовых фильтров 7 и 8, второй и третий выходы вычислителя 15 соединены с управляющими входами линий задержки 9 и 10 соответственно.In fig. Figure 1 shows a block diagram of a patented phase direction finder that implements the proposed phase method for direction finding of broadband signals. The phase direction finder contains two spaced antennas 1 and 2, two high-frequency amplifiers 3 and 4 connected in series with them, two mixers 5 and 6 connected in series with them, two bandpass filters with adjustable bandwidth 7 and 8 connected in series with them, They are two delay lines 9 and 10, respectively, a local oscillator 11, the output of which is connected to the second inputs of mixers 5 and 6, a phase meter 12, the inputs of which are connected to the outputs of delay lines 9 and 10, respectively, a computer 15, the first input of which is connected to the output of the phase meter 12, series-connected spectrum analyzer 13 and correlation function analyzer 14, and the input of the spectrum analyzer 13 is connected to the output of the first mixer 5, the outputs of the spectrum analyzer 13 and the correlation function analyzer 14 are connected to the second and third inputs of the computer 15, respectively, the first output of which is connected to the control inputs of bandpass filters 7 and 8, the second and third outputs of the computer 15 are connected to the control inputs of delay lines 9 and 10, respectively.

Известно, что оптимальная обработка сигналов, обеспечивающая максимальное отношение сигнал/шум, предусматривает согласование полосы пропускания приемного канала Δƒ с шириной спектра сигнала Δƒc [1].It is known that optimal signal processing, ensuring maximum signal-to-noise ratio, involves matching the receiving channel bandwidth Δƒ with the signal spectrum width Δƒ c [1].

В результате обеспечивается оптимальная обработка принимаемых сигналов и, как следствие, повышается точность измерения разности фаз этих сигналов. Такое соотношение полосы пропускания приемных каналов и ширины спектра принимаемых сигналов является оптимальным при входном отношении сигнал/шум много меньше единицы. При больших отношениях сигнал/шум, т.е. когда отсутствует необходимость селекции сигнала из шумов, любая фильтрация приводит к ослаблению энергии принятого сигнала и уменьшению полезного эффекта. В пределе, когда входное отношение сигнал/шум много больше единицы, оптимальный фильтр имеет бесконечно большую полосу пропускания.As a result, optimal processing of received signals is ensured and, as a result, the accuracy of measuring the phase difference of these signals is increased. This ratio of the bandwidth of receiving channels and the width of the spectrum of received signals is optimal when the input signal-to-noise ratio is much less than unity. At large signal-to-noise ratios, i.e. when there is no need to select a signal from noise, any filtering leads to a weakening of the energy of the received signal and a decrease in the useful effect. In the limit where the input signal-to-noise ratio is much greater than unity, the optimal filter has an infinitely large bandwidth.

Для обоснования этого положения рассмотрим отношение сигнал/шум на выходе фазометра, подразумевая, что он реализует корреляционную обработку входных сигналов, т.е. перемножает их и усредняет.To substantiate this position, let us consider the signal-to-noise ratio at the output of the phase meter, implying that it implements correlation processing of input signals, i.e. multiplies them and averages them.

Выходное отношение сигнал/шум при корреляционной обработке сигналов имеет вид [1]:The output signal-to-noise ratio during correlation signal processing has the form [1]:

где Δƒ - полоса пропускания полосового фильтра; where Δƒ is the bandwidth of the bandpass filter;

Т - время усреднения;T - averaging time;

Рвх - мощность сигнала на входе фазометра; P input - signal power at the input of the phase meter;

Рш - мощность шума на входе фазометра; P sh - noise power at the input of the phase meter;

qвх - входное отношение сигнал/шум.q input - input signal/noise ratio.

Пусть огибающая спектра входного сигнала описывается выражением:Let the envelope of the input signal spectrum be described by the expression:

S(ƒ)=S0/1+(2ƒ/Δƒс)2, S(ƒ)=S 0 /1+(2ƒ/Δƒ s ) 2 ,

где S0 - спектральная плотность сигнала,where S 0 is the spectral density of the signal,

Δƒс - ширина спектра сигнала, а огибающая частотной характеристики полосового фильтра выражением: К(ƒ)=1/1+(2ƒ/Δƒ)2, условно считая, что коэффициент усиления полосового фильтра равен единице.Δƒ с is the width of the signal spectrum, and the envelope of the frequency response of the bandpass filter is the expression: K(ƒ)=1/1+(2ƒ/Δƒ) 2 , conventionally assuming that the gain of the bandpass filter is equal to unity.

Известно, что при корреляционной обработке широкополосных сигналов уровень выходного сигнала зависит от пространственной задержки обрабатываемых сигналов. Чем больше ширина спектра и время задержки обрабатываемых сигналов, тем меньше уровень выходного сигнала за счет декорреляции. Поэтому для обеспечения оптимальной обработки необходимо компенсировать пространственную задержку сигналов.It is known that during correlation processing of broadband signals, the level of the output signal depends on the spatial delay of the processed signals. The greater the spectrum width and delay time of the processed signals, the lower the output signal level due to decorrelation. Therefore, to ensure optimal processing, it is necessary to compensate for the spatial delay of the signals.

Мощность сигнала на входе фазометра запишем с учетом влияния полосового фильтра:We will write the signal power at the input of the phase meter taking into account the influence of the bandpass filter:

Мощность шума преобразуем к виду: Рш=SшπΔƒ/2=SшπΔƒсх/2=Ршсх,We convert the noise power to the form: P w =S w πΔƒ/2=S w πΔƒ s x/2=P ws x,

где Ршс - мощность шума, нормированная в полосе сигнала, Sш - спектральная плотность шума.where R shs is the noise power normalized in the signal band, S sh is the spectral density of noise.

При таком подходе выражение для входного отношения сигнал/шум принимает вид:With this approach, the expression for the input signal-to-noise ratio takes the form:

где qн - входное отношение сигнал/шум, нормированное в полосе сигнала. where q n is the input signal-to-noise ratio, normalized in the signal band.

С учетом (2) выражение (1) принимает вид:Taking into account (2), expression (1) takes the form:

Продифференцировав выражение (3) по х и приравняв производную нулю можно найти соотношение полосы пропускания полосового фильтра и ширины спектра сигнала, соответствующее максимальному выходному отношению сигнал/шум By differentiating expression (3) with respect to x and equating the derivative to zero, we can find the ratio of the passband of the bandpass filter and the width of the signal spectrum, corresponding to the maximum output signal-to-noise ratio

Поэтому для обеспечения оптимальной обработки принимаемых сигналов, т.е. для получения максимального значения отношения сигнал/шум на выходе фазометра необходимо оценивать не только ширину спектра сигнала, но и рассчитывать входное отношение сигнал/шум нормированное в полосе сигнала.Therefore, to ensure optimal processing of received signals, i.e. To obtain the maximum value of the signal-to-noise ratio at the output of the phase meter, it is necessary to evaluate not only the width of the signal spectrum, but also to calculate the input signal-to-noise ratio normalized in the signal band.

Суть предлагаемого фазового способа пеленгации широкополосных сигналов заключается в следующем. С помощью анализатора спектра 13 перед началом работы измеряют спектральную плотность шумов приемной аппаратуры Sш, во время работы измеряют спектр сигнала S(ƒ), мощность сигнала Рс и ширину спектра сигнала Δƒс. Вычисляют мощность шумов, нормированную в полосе сигнала, Ршс=SшπΔƒс/2 и входное отношение сигнал/шум, нормированное в полосе сигнала, qнсшс. Вычисляют оптимальное значение полосы пропускания полосовых фильтров и устанавливают это значение на полосовых фильтрах. Измеряют разность фаз принимаемых сигналов Δϕ и центральную частоту спектра ƒ0. Вычисляют время задержки сигналов τ0=Δϕ/2πƒ0 и устанавливают это значение на соответствующей компенсирующей линии задержки. С помощью анализатора корреляционной функции 14 вычисляют корреляционную функцию сигнала Вычисляют функцию корреляционно-фазовой частоты и определяютдействующее значение корреляционно-фазовой частоты в котором учтена форма спектра сигналов. Вычисляют уточненное значение времени задержки принимаемых сигналов Косинус направляющего угла, угла между направлением на источник излучения и линией соединяющей разнесенные антенны, вычисляют по формуле где с - скорость света, l - расстояние между антеннами.The essence of the proposed phase method for direction finding of broadband signals is as follows. Using spectrum analyzer 13, before starting work, the spectral noise density of the receiving equipment S w is measured; during operation, the signal spectrum S(ƒ), signal power P c and signal spectrum width Δƒ c are measured. Calculate the noise power normalized in the signal band, P shs =S w πΔƒ s /2 and the input signal-to-noise ratio, normalized in the signal band, q n =P s /P shs . Calculate the optimal bandwidth of bandpass filters and set this value on bandpass filters. The phase difference of the received signals Δϕ and the central frequency of the spectrum ƒ 0 are measured. The signal delay time τ 0 =Δϕ/2πƒ 0 is calculated and this value is set on the corresponding compensating delay line. Using the correlation function analyzer 14, the correlation function of the signal is calculated Calculate the correlation-phase frequency function and determine the effective value of the correlation-phase frequency which takes into account the shape of the signal spectrum. Calculate the updated value of the delay time of the received signals The cosine of the direction angle, the angle between the direction to the radiation source and the line connecting the spaced antennas, is calculated by the formula where c is the speed of light, l is the distance between the antennas.

Литература:Literature:

1. Винокуров В.И., Ваккер Р.А. Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах. М., «Советское радио», 1972 г, с. 140-148.1. Vinokurov V.I., Vacker R.A. Issues of processing complex signals in correlation systems. M., “Soviet Radio”, 1972, p. 140-148.

Claims (2)

1. Фазовый способ пеленгации широкополосных сигналов, основанный на приеме сигнала на две разнесенные антенны, усилении сигналов усилителями высокой частоты, преобразовании сигналов с помощью смесителей и гетеродина, фильтрации сигналов полосовыми фильтрами, измерении разности фаз этих сигналов, измерении спектра принимаемого сигнала, вычислении корреляционной функции сигнала, определении значения корреляционно-фазовой частоты, вычислении времени задержки принимаемых сигналов и вычислении косинуса направляющего угла на источник излучения, отличающийся тем, что измеряют спектральную плотность шумов приемной аппаратуры, измеряют ширину спектра принимаемого сигнала, вычисляют мощность шума в пределах ширины спектра сигнала, вычисляют полосу пропускания полосовых фильтров, соответствующую максимальному отношению сигнал/шум на выходе фазометра, и устанавливают полосу пропускания полосовых фильтров в соответствии с вычисленным оптимальным значением, по результатам вычисления времени задержки принимаемых сигналов вводят компенсирующие задержки для устранения декорреляции при корреляционной обработке широкополосных сигналов.1. Phase method of direction finding of broadband signals, based on signal reception on two spaced antennas, amplification of signals with high-frequency amplifiers, signal conversion using mixers and a local oscillator, filtering signals with bandpass filters, measuring the phase difference of these signals, measuring the spectrum of the received signal, calculating the correlation function signal, determining the value of the correlation-phase frequency, calculating the delay time of the received signals and calculating the cosine of the direction angle to the radiation source, characterized in that they measure the spectral noise density of the receiving equipment, measure the width of the spectrum of the received signal, calculate the noise power within the width of the signal spectrum, calculate the bandwidth of the bandpass filters corresponding to the maximum signal-to-noise ratio at the output of the phase meter, and the bandwidth of the bandpass filters is set in accordance with the calculated optimal value; based on the results of calculating the delay time of the received signals, compensating delays are introduced to eliminate decorrelation during correlation processing of broadband signals. 2. Фазовый пеленгатор, содержащий две разнесенные антенны, последовательно соединенные с ними два усилителя высокой частоты, последовательно соединенные с ними два смесителя, последовательно соединенные с ними два полосовых фильтра, гетеродин, выход которого соединен со вторыми входами смесителей, фазометр, вычислитель, первый вход которого соединен с выходом фазометра, последовательно соединенные анализатор спектра и анализатор корреляционной функции, причем вход анализатора спектра соединен с выходом первого смесителя, выходы анализатора спектра и анализатора корреляционной функции соединены со вторым и третьим входами вычислителя соответственно, отличающийся тем, что полосовые фильтры выполнены с регулируемой полосой пропускания, а первый выход вычислителя соединен с управляющими входами полосовых фильтров, введены две линии задержки, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров соответственно, а выходы - с первым и вторым входами фазометра соответственно, при этом второй и третий выход вычислителя соединены с управляющими входами линий задержки соответственно.2. Phase direction finder containing two spaced antennas, two high-frequency amplifiers connected in series with them, two mixers connected in series with them, two bandpass filters connected in series with them, a local oscillator, the output of which is connected to the second inputs of the mixers, a phase meter, a computer, the first input which is connected to the output of the phase meter, a spectrum analyzer and a correlation function analyzer are connected in series, the input of the spectrum analyzer is connected to the output of the first mixer, the outputs of the spectrum analyzer and the correlation function analyzer are connected to the second and third inputs of the computer, respectively, characterized in that the bandpass filters are made with adjustable passband, and the first output of the computer is connected to the control inputs of bandpass filters, two delay lines are introduced, the inputs of which are connected to the outputs of bandpass filters, respectively, and the outputs are connected to the first and second inputs of the phase meter, respectively, while the second and third outputs of the computer are connected to the control inputs delay lines respectively.
RU2024100849A 2024-01-15 Phase method of direction finding of broadband signals and phase direction finder RU2822466C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2822466C1 true RU2822466C1 (en) 2024-07-05

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2408122A (en) * 1940-11-15 1946-09-24 Collins Radio Co Heterodyne direction finder with single receiver
EP0373604A1 (en) * 1988-12-13 1990-06-20 Nippon Steel Corporation Direction tracking antenna system
EP0959522A1 (en) * 1998-05-19 1999-11-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for determining phase correction values in radar apparatus
RU2454715C1 (en) * 2011-05-10 2012-06-27 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Phase location finder
RU2669385C1 (en) * 2018-03-14 2018-10-11 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Phase-based direction finding method
RU2681203C1 (en) * 2018-03-14 2019-03-05 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Phase direction finding method and phase direction finder

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2408122A (en) * 1940-11-15 1946-09-24 Collins Radio Co Heterodyne direction finder with single receiver
EP0373604A1 (en) * 1988-12-13 1990-06-20 Nippon Steel Corporation Direction tracking antenna system
EP0959522A1 (en) * 1998-05-19 1999-11-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for determining phase correction values in radar apparatus
RU2454715C1 (en) * 2011-05-10 2012-06-27 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Phase location finder
RU2669385C1 (en) * 2018-03-14 2018-10-11 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Phase-based direction finding method
RU2681203C1 (en) * 2018-03-14 2019-03-05 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Phase direction finding method and phase direction finder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100214345B1 (en) Method and apparatus for determining low altitude target height
WO2019071917A1 (en) Satellite tracking method
RU2822466C1 (en) Phase method of direction finding of broadband signals and phase direction finder
RU2334244C1 (en) Method of radio radiation source location detection
CN110187353A (en) A long-range target laser ranging method
RU2631422C1 (en) Correlation-phase direction-finder
RU2669385C1 (en) Phase-based direction finding method
RU2184980C1 (en) Procedure measuring intensity of electromagnetic field of radio signals and device for its implementation
RU2667484C1 (en) Method for determining the trajectory of movement of low-flying targets
RU2530542C1 (en) Method and device for measurement of angular height of object of search in surveillance non-linear radars
RU2341808C1 (en) Device for measurement of signal/noise ratio
RU2305295C1 (en) Phase method for direction finding
RU2834733C1 (en) Method of forming fixed spectral zone free from interference from underlying surface in on-board pulse doppler radars
RU2078348C1 (en) Double-channel direction finder
RU2083996C1 (en) Method of selection of surface targets
RU2702190C1 (en) Homodyne radar with antenna pattern scanning
RU2707269C1 (en) Aircraft navigation method and device for its implementation
RU2700654C1 (en) Homodyne radar with multichannel transceiving path
CN119199819A (en) A bistatic radar system based on superheterodyne Rydberg atomic receiver
SU1141355A1 (en) Ground speed determination device
SU934410A1 (en) Device for determining reflection coefficient from pond bottom
JPH0416788A (en) Apparatus for ultrasonic measurement of intensity of reflection
RU2690317C1 (en) Polyharmonic signal detection method
RU2042960C1 (en) Method of determination of distance to bottom and device for its realization
RU2074404C1 (en) Direction finder of scanning sources