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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
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
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, qн=Рс/Ршс. 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
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)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2822466C1 true RU2822466C1 (en) | 2024-07-05 |
Family
ID=
Citations (6)
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)
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 |