E-mail: adalin@ lik-info com




Скачать 99.13 Kb.
НазваниеE-mail: adalin@ lik-info com
Дата конвертации01.04.2013
Размер99.13 Kb.
ТипДокументы
МЕТОДЫ ПЕЛЕНГАЦИИ В КВ ДИАПАЗОНЕ

В.В. Громоздин1, М.Б. Проценко2, украина


1ООО “Адалин”, 2Севастопольский национальный технический университет,

e-mail: adalin@lik-info.com



Актуальность решения задач пеленгации, в том числе источников несанкционированного излучения, в настоящее время приобретает все большее значение. Одним из наших научно-технических направлений является разработка мобильных пеленгационных систем КВ-УКВ диапазонов волн. Сложность создания таких систем состоит в том, что предъявляемые к ним требования, являются достаточно противоречивыми. Так, например, необходимо обеспечить условия для работы в широком диапазоне частот, сохраняя при этом направленные (либо ненаправленные) характеристики антенной системы, чувствительность радиопеленгатора, и, самое главное, обеспечивая малые габаритные размеры для возможности установки на подвижном объекте.

Как известно [1], электромагнитное поле описывается амплитудными, фазовыми и поляризационными характеристиками. Причем для дальней зоны источник радиоизлучения можно считать точечным, формирующим сферический фронт электромагнитной волны. Однако, в пределах анализируемого пространства (при отсутствии переотраженных сигналов) фронт электромагнитной волны можно считать локально плоским, фаза волны изменяется по линейному закону, изменениями амплитуды волны можно пренебречь. Это обуславливает возможность определения направления на источник излучения на основе анализа информации о фазе электромагнитной волны, а именно – по направлению максимальной скорости изменения фазы с учетом знака.

Этот критерий используют все известные методы пеленгования, такие как непосредственно фазовые и частотные (доплеровские и квазидоплеровские), а также амплитудные и амплитудно-фазовые, реализованные с использованием ненаправленных антенн. Разница между методами пеленгования заключается лишь в способе преобразования фазовых зависимостей электромагнитного поля в выходной низкочастотный или цифровой сигнал и в сложности обеспечения неискаженной передачи этого сигнала на оконечный индикатор.

Наиболее очевидный способ пеленгования – непосредственно фазовый, при котором приемных антенн, расположенных в пространстве определенным образом, имеют индивидуальные каналы приема. На выходе каждой из приемных антенн производится сравнение фаз принятых сигналов, что при заранее известных местоположении всех антенн и частоте принимаемого сигнала несложными математическими операциями определяется направление прихода сигнала. В данном случае обязательным является наличие приемных каналов (по количеству антенн) и обеспечение идентичности их фазовых характеристик. Сокращение числа приемных каналов в пределе возможно до двух, число антенн в пределе можно сокращать до трех, чтобы обеспечить однозначность определения направления. Случай, когда количество приемных каналов меньше, чем количество антенн ведет к необходимости периодической коммутации антенн, что, соответственно, ведет к увеличению общего времени пеленгования. Недостатком сокращения числа приемных каналов является тот факт, что за время переключения антенн пеленгуемый сигнал меняет свои характеристики, при этом, чем более широкий спектр имеет пеленгуемый сигнал, тем к большей погрешности измерения пеленга эти изменения приводят. Это в основном сказывается при пеленговании широкополосных частотно-модулированных сигналах.

Принципиально возможно сокращение приемных каналов до одного. В этом случае измеряется разность фаз сигналов, принимаемых до переключения антенны и после переключения (так как частота является производной фазы, а соответствующее изменение фазы связано с изменением частоты, то такой метод пеленгования также называют квазидоплеровским). В этом случае существенно больше сказываются случайные изменения характеристик пеленгуемого сигнала за время переключения антенн.

Использование в амплитудном методе направленных антенн также допускает наличие одного приемного канала и в этом случае измеряется разность амплитуд сигналов, принимаемых на N антеннах. Недостатком теперь уже является случайное изменение амплитуды сигнала за период обзора всех антенн, что особенно сказывается на амплитудно-модулированных сигналах. В любом методе погрешности, связанные с тем, что приемных каналов меньше, чем антенн, устраняются путем накопления сигнала.

Наличие переотраженных сигналов (когерентной помехи) вносит существенную погрешность в точность пеленгования. Для борьбы с этим имеется принципиально два пути – это или пространственное усреднение за счет увеличение количества антенн и занимаемой ими площади или же попытка пространственного разделения сигналов. Как известно, любое усреднение тем эффективнее, чем большее количество статистически независимых отчетов для этого имеется. Из этих соображений и следует увеличивать количество антенн и их пространственно разносить. Простое увеличение антенн на малой площади или же неоправданное увеличение площади, занимаемое небольшим количеством антенн, не приводит к получению дополнительной информации и, соответственно, не повышает устойчивости пеленгования по отношению к когерентной помехе. Пространственное разделение сигналов также принципиально возможно двумя путями – или с помощью узконаправленных антенн, или же учетом не только фазового распределения поля, но и его амплитудного распределения, которое появляется за счет интерференции прямого и переотраженных сигналов. Учет и фазовых и амплитудных характеристик электромагнитной волны (так называемые фазовые интерферометры) ведет к системе из двух уравнений и, соответственно, к возможности однозначного решения задачи только с двумя неизвестными, каковыми являются два направления прихода сигналов – прямого и переотраженного. Точность решения этой задачи напрямую связана с относительной площадью, занимаемой антеннами, и, с уменьшением частоты пеленгуемого сигнала, существенно падает. Использование узконаправленных антенн является единственным способом пространственного разделения любого количества когерентных сигналов при условии, что минимальный угловой разнос между ними превышает ширину диаграммы направленности (ДН) одного антенного элемента.

Уменьшение ошибок пеленгования, связанных с наличием сигнала в совмещенном канале (постороннего сигнала в полосе пропускания приемного тракта), в любом методе пеленгования осуществляется с помощью построения спектра сигнала в этой полосе (или амплитудного спектра для амплитудных методов, или фазового спектра – для фазовых). Построение спектральной картины сигнала в данном случае эквивалентно добавлению в приемный канал набора узкополосных фильтров. При этом осуществляется определение пеленгов по заданным спектральным составляющим, что также возможно лишь в случае, если спектральные составляющие различных сигналов разнесены по частоте больше, чем частотный дискрет преобразования Фурье.

Таким образом, можно сделать вывод о потенциальной эквивалентности всех методов пеленгования, которые отличаются лишь сложностью технической реализации идентичности характеристик всех приемных каналов (фазовых характеристик – для частотно-фазовых методов пеленгования и амплитудных характеристик – для амплитудных методов пеленгования).

Расширение рабочего диапазона частот любого пеленгатора в область низких частот возможно за счет соответствующего увеличения занимаемой площади, однако, практически это не всегда возможно. Так, например, автомобильный пеленгатор может иметь максимальный габарит не более 1…1,5м, что в КВ диапазоне (10…100 м) значительно снижает точность определения разности фаз на антенных элементах. Это ограничивает нижнюю частоту рабочего диапазона мобильных пеленгаторов (непосредственно фазовых, квазидоплеровских, интерферометров) значением 20…40 МГц.

Исключением является амплитудный метод с использованием слабонаправленных рамочных антенн (один из вариантов амплитудного метода), у которых, как известно, форма ДН не изменяется при уменьшении их относительных размеров. В этом случае ограничения на уменьшение нижней рабочей частоты диапазона обуславливаются допустимым снижением чувствительности пеленгатора и снижением устойчивости к когерентной помехе (за счет уменьшения относительной площади, занимаемой антеннами пеленгатора). Однако, для пеленгования излучений в ближней зоне в КВ диапазоне эти ограничения несущественны.

С учетом представленного анализа предлагается техническое решение по построению мобильного пеленгатора, реализующим амплитудный метод пеленгования. Основу мобильного пеленгатора составляет антенная система в виде восьмиэлементной антенной решетки из нагруженных полурамок эллиптической формы, позволяющих сформировать кардиоидную ДН и сохранить ее в широкой полосе частот [2].

Антенная решетка (АР) состоит из слабонаправленных элементов (рамочные излучатели), расположенных в азимутальной плоскости равномерно друг относительно друга и равноудаленно от центра сферической системы координат. Местоположение излучающих элементов антенной решетки определяется: – радиусом окружности, на которой располагаются излучающие элементы; – азимутальным углом, где ; – количество элементов АР (см. рис.1).

ДН такой антенной системы:


, (1)


где – комплексная амплитуда тока на входных зажимах -го элемента АР; – ДН элемента АР; – волновое число.

Элементы АР расположены так, что направление максимума ДН элемента зависит от угла , определяющего положение элемента в АР.

ДН элемента описывается выражением:


(2)

где

;

;


, – большая полуось и эксцентриситет эллиптической полурамки; – функция амплитудно-фазового распределения тока, нормированная относительно комплексной амплитуды тока на входных зажимах -го элемента АР; – текущая длина проводника элемента АР.

Антенно-фидерные системы мобильных пеленгаторов в КВ-УКВ диапазоне являются узкобазисными, что не только накладывает ограничения на потенциальные характеристики пеленгации, но и вызывает необходимость учета взаимного влияния антенных элементов друг на друга. Это существенно изменяет как амплитудно-фазовое распределение поля в области расположения антенн, так и их направленные характеристики, что увеличивает погрешность пеленгования.

Предположим, что взаимное влияние элементов АР друг на друга носит интегральный характер, то есть, изменяется лишь комплексная амплитуда тока на входных зажимах, не изменяя при этом амплитудно-фазового распределения тока вдоль излучающей поверхности каждого элемента. Тогда комплексные амплитуды токов на входных зажимах элементов АР в этом случае определяется на основании решения матричного уравнения [3]:


, (3)




а



б




Рис. 1. Восьмиэлементная антенная решетка из эллиптических

рамочных излучателей: схематическое изображение а; внешний вид б





где – собственные (при ) и взаимные (при ) сопротивления излучения элементов АР, приведенные ко входным зажимам излучателей; – ЭДС, наводимые на элементах АР; .

Выбор количества элементов и их расположения в составе АР, сделан на основании анализа взаимного влияния нагруженных рамок при различном их расположении и требований, предъявляемых к мобильному амплитудному радиопеленгатору по разрешающей способности, сложности реализации схемы управления и габаритным размерам объекта-носителя.

С целью упрощения фидерного тракта, включающего в себя как систему возбуждения элементов, так и их согласование, рассматриваемая антенная система является пассивной, в которой только один элемент – активный. Тогда ЭДС, наводимые в активном элементе будут пропорциональны:


, (4)


где – наводимые ЭДС в -элементе АР; – функция, описывающая ДН -элемента АР.

Алгоритм пеленгации состоит в измерении наводимых ЭДС (последовательно переключая элементы АР на один приемный канал и вычислении пеленга :

. (5)


На основе вышеизложенного материала был изготовлен и испытан автомобильный пеленгатор с размерами антенно-фидерной системы 0,9×0,9×0,3м (см. рис. 2), включающей антенные элементы для двух поддиапазонов и обеспечивающий рабочую полосу частот 1…1000 МГц с инструментальной среднеквадратической ошибкой (СКО) пеленгования 4…5 град. Установка такого пеленгатора на автомобиль выявила его некоторые недостатки, а именно, большую зависимость ошибки пеленгования от формы и размеров подстилающей поверхности в виде корпуса автомобиля. В результате чего СКО пеленгования возрастает до 8…12 град. Такое значение СКО пеленгования превышает аналогичные значения для фазовых и квазидоплеровских пеленгаторов.

Однако результаты измерений показали, что разработанный пеленгатор с учетом относительно малых габаритных размеров антенно-фидерной системы достаточно успешно можно использовать для мобильных станций КВ диапазона. Со снижением рабочей частоты дополнительная ошибка, обусловленная влиянием корпуса автомобиля (радиодевиация), становится более закономерной и, в дальнейшем, может быть скомпенсирована программным методом.




а


б



Рис. 2. Радиопеленгатор РП1/30-01:

внешний вид антенно-коммутационного устройства а;

внешний вид кейса оператора б.

Предлагаемый нами мобильный пеленгатор диапазона 1…30 МГц, изготовленный на основе вышеизложенного материала изображен на рис. 2. В состав пеленгатора входит антенно-коммутационное устройство и кейс оператора, включающий в себя РПУ АR-5000, ЭВМ типа Notebook, устройство вычисления и индикации пеленга, приемник GPS.


Литература


1.

Антенные решетки: Методы расчета и проектирования. Обзор зарубежных работ. / Бененсон Л.С., Журавлев В.А., Попов С.В., Постнов Г.А.; Под ред. Л.С. Бененсона. –М.: Сов. радио, 1966. – 367 с.

2.

Проценко М.Б., Громоздин В.В Малогабаритная антенная система амплитудного радиопеленгатора // Мат. 9-й Меж. научно-технической конф. ВОТТП-9-2002 «Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах», 30 мая -2 июня 2002. – Хмельницкий, Украина.– т.2. –С.83 – 86.

3.

Коротковолновые антенны/ Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др./ Под ред. Г.З.Айзенберга. – 2-е, перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1985. – 536 с.







Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

E-mail: adalin@ lik-info com iconРостовская область
Россия, г. Шахты Ростовской обл., ул. Советская, 158, тел. (863 6) 22-41-25, (863) 244-04-81, факс (863 6) 25-01-10, e-mail: info@shakhty-gorod...

E-mail: adalin@ lik-info com iconУл. Цивилева 9 e-mail: info@sun-eco ru
Молодая и динамично развивающаяся компания «Suneco» предлагает Вашему вниманию самые современные инновационные технологии, позволяющие...

E-mail: adalin@ lik-info com iconОткрытое акционерное общество радиотехнический институт имени академика А. Л. Минца
Ул. 8 Марта, 10, стр. 1, Москва, 127083. Телефон (495) 614-0451. Факс (495) 614-0662. E-mail info@rti-mints ru

E-mail: adalin@ lik-info com iconE-mail: info @ science forum ru
Сводные данные (план) международных научно-технических мероприятий издаются в виде брошюр с 1986г и рассылаются по министерствам,...

E-mail: adalin@ lik-info com iconВ молдове практическое пособие, проверенное жизнью Кишинев 2009 czu 334. 012 Ч-50 Эта
Единственное что категорически запрещено – это пытаться перепродавать ее и зарабатывать на этом, нарушая законодательство об авторских...

E-mail: adalin@ lik-info com iconЗакона РФ «Об образовании»
Братск-9, улица Приморская, 47 тел.: 37 81 32; 37 87 24 e-mail: brschool34@mail ru

E-mail: adalin@ lik-info com iconE mail
МО, г. Мытищи, тел/факс: (495)649-33-60 ул. В. Волошиной, д. 19/16, офис 410 e-mail

E-mail: adalin@ lik-info com iconОоо «Стройкомплектсервис»
Волгоград-57,ул. Промысловая 27, тел.(8442)26-84-42, факс 26-84-41, e-mail: stroicomplekt-95@mail ru

E-mail: adalin@ lik-info com iconЧеченской республики по экологии
ЧР, г. Грозный, ул. Кутузова тел/факс: 8-8712-22-39-64 e-mail: cleanecology95@mail ru

E-mail: adalin@ lik-info com iconInfo-computationalism and Morphological Computing of Informational Structure


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница