CC BY
250
4. Леонов, А.Н. Моноимпульсная радиолокация [Текст] / А.Н. Леонов, К.Н. Фомичев, — 2-е изд., доп. и перераб. — М. : Радио и связь, 1984. — 312 с.
5. Ширман, Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов [Текст] / ЯД. Ширман. — М.: Сов. радио, 1974. — 360 с.
6. Золотарев, И.Д. Исследование прохождения радиоимпульсов с прямоугольной огибающей через систему укорочения «колебательный контур-резистор» [Текст] / И.Д. Золотарев // Магнитные и электрические измерения :межвуз. сб. — Омск:ОмПИ, 1980. - С. 135-138.
7. Золотарев, ИД. Временное разрешение радиоимпульсных сигналов системой укорочения [Текст| / И.Д. Золотарев, С.П. Седельников // Электронные и электромагнитные измерительные устройства и преобразователи: межвуз. сб. науч. трудов. — Омск: ОмПИ, 1981. - С. 93-97.
8. Золотарев. И.Д. Исследование фазовых соотношений при высокочастотном дифференцировании радиоимпульсов с прямо-
угольной огибающей [Текст] / И.Д Золотарев, С И. Журавлев // Электронные и электромагнитные устройства в измерительной технике: межвуз. сб. трудов. — Омск:ОмПИ. 1982. — С. 141 - 145.
ЗОЛОТАРЁВ Илья Давыдович, доктор технических наук, профессор кафедры экспериментальной физики и радиофизики Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевского.
Адрес для переписки: e-mail: izolotarev@navsystcm. ru БЕРЕЗОВСКИЙ Владимир Александрович, кандидат технических наук, директор Омского НИИ приборостроения.
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 05.10.2009 г.
© И. Д. Золотарев, В. Л. Березовский
УДК 623.68:327.84: 621.396.969 Ц. Д. ЗОЛОТАРЁВ
В. А. БЕРЕЗОВСКИЙ
Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского
Омский НИИ приборостроения
ФАЗОВЫЕ ПЕЛЕНГАТОРЫ В УСЛОВИЯХ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ БОРЬБЫ_____________________________________________________
Рассмотрена работа фазового пеленгатора (ФПГ) мониторинга и пеленга источников сигналов в декаметровом диапазоне. Исследован ФПГ, функционирующий в условиях радиоэлектронной борьбы. Для анализа канонической схемы ФПГ с перестраиваемым гетеродином в этих условиях потребовалось разработать матричный метод. На главной диагонали матрицы содержатся элементы, соответствующие собственным комбинационным частотам, другие элементы матрицы отражают взаимно комбинационные составляющие сигнала на выходе фазового дискриминатора. Применительно к работе ФПГ с общим гетеродином в декаметровом диапазоне предложены решения, обеспечивающие независимую пеленгацию разнесенных в пространстве источников излучения копий сигналов.
Ключевые слова: фазовый пеленгатор, источники излучения копий сигналов, сигнальные матрицы, пеленгационная характеристика.
Одним из важнейших направлений использования ФПГ является применение их для разведки и определения пеленга «чужих» источников излучения [1—4]. В условиях радиоэлектронной борьбы эффективным средст во противодействия фазовой пеленгации является создание разнесенных в рамках одной позиции одновременно работающих источников копий наложенных сигналов. Это приводит к трудно предсказуемой деформации пеленгационной характеристики ФПГ. Применительно к решению задачи наведения летательного аппарата на источник излучения, подлежащий огневому уничтожению, за счет сигналов, разнесенных в пространстве отвлекающих излучателей, осуществляется «силовой» отвод управляемого аппарата от цели. Имеющаяся в этом случае множественность сигналов существенно усложняет функционирование и исследование работы бортовых ФПГ по критерию минимизации ошибки пеленга.
Исследуем преобразование сигналов при каноническом построении схемы двухканального фазового пеленгатора с общим перестраиваемым гетеродином (поисковый режим пеленгации подиапазону) в условиях работы ФПГ по множественной цели (рис. 1).
Примем, что в схеме преобразователя частоты на выходе включен полосовой фильтр (ПФ), для фазового дискриминатора (ФД) —фильтр низких частот (ФНЧ). Комбинационные составляющие, возникающие при взаимодействии на нелинейных элементах (НЭ) сигналов, принятых на разнесенные антенны ФП Г от одного и того же источника излучен ия, определим как собственные комбинационные составляющие (компоненты) (СКС, СКК). Комбинационные составляющие, образуемые взаимодействием на НЭ сигналов от различных излучателей, определим как взаимные комбинационные составляющие (компоненты) (ВКС, ВКК).
Рис. 1. Каноническая схема построения двухкаиалыюго
ф аззвэхо пзтз-ишсра, л <р = ч/1-ч/у
Преобразователи частоты и фазовые детекторы в структурной схеме пеленгатора будем рассматривать как безынерционные перемножители. При этом аналитические представления обработки сигналов в преобразователе частоты и ФД оказываются идентичными (ФД можно рассматривать как преобразователь час то ты с нулевым значением промежуточной частота). Отличие состоит в том, что формально образуемые компоненты отрицательных частот при рассмотрении ФД следует отразить зеркально в область положительных частот с учетом соответствующих знаков. Во многих практических случаях ФД работающий в режиме перемножения колебаний, с последующим включением ФНЧ удобно рассматривать как коррелятор. Такой подход позволяет использовать методы статистической обработки сигналов для исследования фазового пеленгатора [41. Для получения исходных соотношений будем первоначально считать, что на входы пеленгатора поступает совокупность непрерывных моногармонических сигналов от источников излучения.
Применим подходе введением сигнальных матриц для исследования преобразователей частота и ФД, а также этой матрицы, как производящей для фазовых матриц. Матричный подход особенно целесообразен, если рассматривается пеленгование разнесенных в пространстве источников излучения, т.к. обеспечивает наглядность преобразований потока сигналов в ФПГ.
Матричный аппарат весьма плодотворно применяется при исследовании стохастических процессов и является важным инструментом теории корреляционных систем, к которым близко примыкают фазоизмерительные системы. Он широко использовался в работах И. Н. Амиантова, В. В. Цветнова, С. Е. Фалько-вича, Н. М. Царькова [3 — 9], в частности, при исследовании ФПГ. В данной работе представлено дальнейшее развитие ма тричного аппарата для исследования процессов обработки сигналов в ФПГ.
Запишем сигналы, поступающие с антенн пеленгатора на преобразователи частоты, в форме:
йм(‘) = №(') =!>:, ехр[/ф;’(0],
.=1 -1 (1)
йм«)==2Х ехр[/Ф?(оі, і=і і=і
где
ф;(0 = ©,/ + <, Ф‘(0 = 0),1+у/?,
1/°н — амплитуда сигнала, принятого от і -го источника на антенну А,, £/*, — амплитуда сигнала, принятого от г-го источника на антенну, А2 — частота / -го источника излучения, і//“ и — начальные фазы для сигналов, принятых разнесенными антеннами Л, и фазового радиопеленгатора.
Для І - ой составляющей колебаний разность фаз
л?, =ф;(/)-ф‘(/)=у/;-^\ (2)
Вещественные сигналы, поступающие на смесители, получаем из соотношения £/**(/) = 1т .
Разность фаз определяет пеленгационную характеристику ФПГ, которая по условию должна обладать нечетной симметрией [10—12]. Для обеспечения этого условия в фазу сигнала гетеродина, поступающего на один из каналов, вводят фазовращатель, сдвигающий фазу одного из сигналов гетеродина на л/2-
Для ФПГ рис. 1 сигнал с общего для обоих фазовых каналов (ФК) перестраиваемого гетеродина представим как
0гЦ) = ит, ехр[,Ф, (0], (3)
где Ф,(1) = ш,1 + 1//г, иг(1)=\т{0г(1)} .
Тогда сигналы на выходах полосовых фильтров ФК определятся из соотношений
. . Ы (4)
ип(1)=“л№Ш=<гиЦ»,
2 і=і
символ • означает комплексно сопряженную величину.
Выражения для сигналов на выходах каждого из ФК для сигналов / -го источника запишем в форме:
и;ло=\и:и:=\и:,итІ єхРікф; -ф, >],
і і ,5)
О) =2 и>и'г = 2и-и~г ехРІ'<ф* - ф/)]
Вещественные сигналы на выходах каждого из фазовых каналов определяются как ик)(1) = Яе {(/*,(/)}, иі2(і) = . Соответственно, для сигналов каж-
дого і- го источника на выходах ФК имеем из (5)
С/“(/) = Яе{і/"(0}. £/£(0 = Кс{(ЭД •
Тогда (4) перепишем в форме
'Л|(о=Iі+-ч'і )■
и '• '6'
У«(0=—?-2^1 ««([«>, -V, )■
Сигнал на выходе фильтра ФД
0п(і)='-йІХ«)й‘кг(і\ (?)
где вещест венный сигнал (/„(/)= Яс{0Г1 (/)}.
Представим, согласно (4), сигналы, поступающие на ФД в виде комплексных и-мерных векторов столбцов
бн =16:„0;г...0іг, бк2 =[иьк1,6ї2...иіг. (8)
Здесь символ Т означает транспонированную матрицу; в данном случае перевод матрицы-столбца в матрицу-строку.
265
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (83) 2009 ___________________________________________________________________________________РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК М* 3 <»3) 2009
Для 0п(I) получим (7) и (8) квадратную матрицу как произведение матриц (8). Тогда, рассматривая ФД как перемножитель, записываем
(9)
символ ' — сопряженное значение матрицы. Комплексные п-мерные векторы Ул(/) и 0А1(1) для сигналов, снимаемых с антенн ФПГ, запишем с учетом (1):
й лх=[йїи\иі(і\...,иу)]т, 0А1(0=[0ї( !\0ьг(і).у‘(/)1г.
(10)
После преобразований (9) получим пеленгацион-ную квадратичную матрицу п-го порядка вида
. и=Гп ни
или каждый элемент пеленгационной матрицы через сигналы, принятые антеннами ФПГ может быть записан исходя из (10) в форме
о„(о=^ [К ][й/чо^чо]" ]= =^[1СО>ф/[фг(/)-ф;(о]]. <12>
и'ш=иьт, 1 = 1, И.
Матрицу амплитуд (14) перепишем в виде
8
и = иа и и =иаиь
ту ян я?/» м/1 ^ т,и ті
главной диагонали, при выполнении условия (15) равны между собой. При этом матрица амплитуд будет симметрической. Заметим, что для симметрической матрицы справедливо А = А.
Тогда в соответствии с выражением (12) аргументы отдельных компонент легко определяются из матрицы
ДФ(0 = Ф„(0-Ф*(0.
элементы которой определяются как
аф(о=[р,(]=[фг у)-ф*(о]
(18)
(19)
Матрица (19) после тривиальных преобразований может быть представлена в виде
Здесь каждый из п элементов квадратной матрицы определяет соответствующую компоненту сигнала на выходе ФД. Вещественные час ти комплексных
матриц (11) или (12) находим как 0„(1) = Ие|£/„(/)|.
Вещественная часть элемента матрицы (12) определяется соотношением
ь„(о=и:к из)
В соответствии с (12) можно составить матрицу амплитуд комплексного сигнала на выходе фильтра ФД:
= • (14)
Во всех квадратных матрицах п-го порядка — для каждого элемента матрицы индексы / и /' относятся к сигналам, принимаемым от /-го и у-го излучателей; при этом индексы а и Ь — к принимаемым на 1 -ю и 2-ю разнесенные антенны пеленгатора соответственно.
Предположим, ч то антенны и фазовые каналы пеленгатора имеют идентичные характеристики, а уровень сигналов одних и тех же источников излучения, принятых на разнесенные антенны, одинаков, что в первом приближении соответствует условиям практической реализации ФПГ. Тогда можно записать
ДФ(/) =
Д (Р\ о,2/ + +Ч'°у~Ч'г ... Цл-І* + + +4'°-VI
-о12/+ л <Р2 ^2 л-/ + +4'2°-У'*-, &2п‘ + +К-ч/"п
-Ц.„л - С21п1 + Ь<р,
(20)
Заметим, что матрица (20) позволяет определить частоты и начальные фазы взаимных комбинационных компонент сигнала на выходе ФД.
Рассмотрим структуры матриц (11) и (12). Результирующий сигнал на выходе ФД ищем как сумму всех элементов матриц (11) и (12)
8
(21)
На главных диагоналях этих матриц расположены элементы, определяющие собственные комбинационные постоянные составляющие, число которых равно числу излучателей. В соответствии с выражением (13) уровень каждой из этих составляющих пропорционален «кД<рп где /—номер излучателя, / = \,п, &</>, — разность фаз сигналов, принятых от / -го излучателя на разнесенные антенны.
Сумма собственных комбинационных компонент равна сумме диагональных элементов матрицы
и*
(15)
(16) (17)
1 ’ <> 1-І или с учетом (13)
5р(()„)=^Х(/;д:,со5Л«>,.
(22)
Таким образом, элементы матриц (14) и (16), расположенные симметрично относительно к
Остальные (п1 -л) составляющих образуются в результате взаимодействия на нелинейном элементе (в данном случае на ФД) сигналов разных источников, один из которых принят на первую антенну пеленгатора, другой — на вторую.
Заметим, что частоты комбинационных составляющих, как это видно из (20), обладают зеркальной
(нечетной) симметрией относительно главной диагонали:
Ц/ = -^/г
Объединим симметричные относительно главной диагонали элементы матрицы (20). С учетом (17) для суммы каждой пары симметричных относительно главной диагонали исходной матрицы ац элементов можно записать очевидное равенство
д,=и-Ле
--UlrV^e >
(23)
Тогда элемент матрицы с,(, равный сумме симметричных элементов матрицы (11), запишем в виде
2с„ = 2со8(П,/ + ^ф)е'“, (24)
где П* = Ч'.ср ~ Ч'„. Ч',ср = + Ч>", ). Ч',ср = )•
Вещественное значение у компоненты матрицы получаем в соответствии (7)
2с,,(/)=Re{2c,,(/)}.
Тогда
U2 / % Аа> +Ла>
2<-\, = -f-Umil +K<P)cos—~2— • <25>
Следовательно, каждая взаимно комбинационная компонента имеет амплитуду, пропорциональную
Д <р, + Д (pj
cos -— ---- и медленно изменяющуюся с частотой
биений огибающую.
При U", = (У*,
сЛ‘) = -и2„, и1, cosA<pr
(26)
При переходе к треугольной матрице значения наддиагональных элементов матрицы определяются по формуле (24).
Полагая / = j, получаем П,; = 0 и 1//1)ср = 0 , откуда = ехр,А%' т. е. в этом случае при / = у получаем элементы главной диагонали треугольной матрицы, соответствующие формуле (26).
В целом, как и следовало ожидать, приведенные соотношения показывают, что при построении фазо-метрического тракта пеленгатора при обычной двухканальной схеме с общим гетеродином наложение сигналов от нескольких излучателей деформирует пеленгационную характеристику, нарушая получение информации об угловых координатах каждого излучателя. Фильтрация взаимных комбинационных компонент позволяет снять колебательную во времени составляющую пеленгационной характеристики, постоянная составляющая сигнала на выходе ФД (след матрицы), составляющая алгебраическую сумму сигналов отдельных источников, не позволяет выделить отдельные составляющие.
Как следует из изложенного, для применения канонической схемы построения ФПГ введение разнесенных по радиолокационной позиции источников излучения копий сигналов приводит к деформации пеленгационной характеристики. Однако в условиях радиоразведки источников декаметрового диапазона, когда необходимо обеспечить мониторинг и пеленгацию очень удаленных объектов (расстояние Л -1 ООО -10000 км и антенная база имеет величину порядка одного километра (а <ЗС/? )), все источники излучения как бы наблюдаются из одной точки (точечные источники излучения [3]). Крометогодля радиоимггульсных сигналов Я. Д. Ширманом и его школой были предложены варианты укорочения принятых радиоимпульсных сигналов (с использованием линии задержки или ВЧ-дифференцирования)
[ 13]. В последнем случае минимизируются вынужденная составляющая переходного процесса и укороченные сигналы определяются свободной составляющей переходного процесса. Как показали практические исследования, подъем свободной составляющей относительно вынужденной имеет величину порядка 20 дБ. Значительно больший выигрыш при укорочении импульсов дает применение мостиковой схемы (порядка 40 дБ). При этом в противоположных плечах моста используются параллельный и последовательный контура. Этот путь обеспечивает укорочение сигналов каждого из источников в широком области частот радиолокационных импульсон декаметрового диапазона. Укорочение принятых радиоимпульсных сигналов позволяет обеспечить их разрешение во временной области. Однако в работе [ 13] не рассмотрено поведение тонкой фазовой структуры радиосигнала при переходном процессе. Это необходимо для построения ФПГ, обеспечивающего разрешение пе-ленгационных характеристик для каждого из объектов. Данная задача была решена в работах [14— 16].
Изложенный матричный метод обеспечивает исследование ФПГ, построенного по традиционной схеме с перестраиваемым общим гетеродином при работе пеленгатора по множественной цели.
Библиографический список
1. Вакин, С.А., Шустов, Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки (Текст) / С.А. Вакин, Л.Н. Шустов. — М.: Сов. радио, 1968. — 448 с.
2. Максимов, М.В., Бобнев, М.П., Кривицкий, Б.Х. Защита от радиопомех [Текст) / М.В. Максимов, М.П. Бобнев, Б.Х. Кривицкий; подред М.В. Максимова. — М.: Сов. радио, 1976. — 496 с.
3. Царьков, Н.М. Многоканальные радиолокационные измерители |Текст] / Н.М. Царьков. — М.: Сов. радио, 1980. — 192 с.
4. Цветное, В.В. Фазовые корреляционные свойства сигналов и помех в двухканальных фазовых системах [Текст] / В.В. Цветное // Радиотехника. — 1958. — № 4. — С. 59 - 62.
5. Цветное. В.В. Статистические свойства сигналов и помех в двухканальных фазовых системах [Текст] / В.В. Цветнов // Радиотехника. — 1957. — №5. — С. 12 — 29.
6. Амиантов, И.Н. Избранные вопросы статистической теории связи [Текст]/И.Н.Амиантов. — М.: Сов. радио, 1971. —416с.
7. Фалькович. С.Е. Потенциальная точность отсчета угловых координат в радиолокационных системах [Текст] / С.Е. Фалькович // Радиотехника и электроника. — 1959. — Т. 4. — N9 1. — С. 142-144.
8. Фалькович, С.Е., Шкварно, Ю.В. О задаче совместного измерения угловых параметров нескольких сигналов [Текст| / С.Е. Фалькович, Ю.В. Шкварно// Радиотехника и электроника.
- 1979. - Т.24. - №6. - С. 1226- 1230.
9. Фалькович, С.Е., Хомяков, Э.Н. Статическая теория измерительных радиосистем [Текст] / С.Е. Фалькович, Э.Н. Хомяков.
— М.: Радио и связь, 1981. - 288 с.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК N* 3 (83) 2009
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕС1НИК № 3 (83) 2009
10. Родс. Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию [Текст) /Д Р. Родс;пер.сангл. ;подред.Л.Д, Бахраха. - М.:Сов. радио, 1960. — 159 с.
11. Свиридов Э.Ф. Сравнительная эффективность моноим-пульсных систем пеленгации [Текст] / Э.Ф. Свиридов. — Л. : Судостроение, 1964. — 116с.
12. Леонов, А.Н., Фомичев, К.Н. Моноимпульсная радиолокация [Текст] / А Н. Леонов, К Н. Фомичев. — 2-е изд., доп. и пе-рераб — М.: Радио и связь, 1984. —312 с.
13. Ширман, Я Д. Разрешение и сжатие сигналов [Текст] / Я Д. Ширман. — М.: Сов. радио, 1974. — 360 с.
14. Золотарёв, И.Д. Исследование прохождения радиоимпульсов с прямоугольной огибающей через систему укорочепия «колебательный котур-резистор» [Текст] / И.Д. Золотарев // Магнитные и электрические измерения : межвуз. сб. - Омск : ОмПИ. 1980. - С. 135-138.
15. Золотарёв, И.Д. Временное разрешение радиоимпульс-пых сигналов системой укорочения [Текст] / И.Д. Золотарёв, С П. Седельников // Электронные и электромагнитные измерительные устройства и преобразователи : межвуз. сб. науч. тр. — Омск: ОмПИ, 1981. - С. 93-97.
16. Золотарёв, И.Д. Исследование фазовых соотношений при высокочастотном дифференцировании радиоимпульсов с прямоугольной огибающей [Текст] / И.Д. Золотарёв, С.И. Журавлёв // Электронные и электромагнитные устройства в измерительной технике : межвуз. сб. тр. — Омск : ОмПИ, 1982. — С. 141-145.
ЗОЛОТАРЁВ Илья Давыдович, доктор технических наук, профессор кафедры экспериментальной физики и радиофизики Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевского.
Адрес для переписки: e-mail: izolotarov(S>navsystem. ru БЕРЕЗОВСКИЙ Владимир Александрович, кандидат технических наук, директор Омского НИИ приборостроения.
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 17.09.2009г.
© И. Д. Золотарёв, В. А. Березовский
УДК 621.396 24 в. Л. ХАЗАН
Д. В. ФЕДОСОВ Д. А. КОРНЕЕВ
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ ПО КВ КАНАЛАМ СВЯЗИ ПРИ ЧАСТОТНО-РАЗНЕСЕННОМ И РЕГИОНАЛЬНО-РАЗНЕСЕННОМ ПРИЕМЕ СИГНАЛОВ_________________________________
В данной статье рассматривается проблема разнесенного приема в КВ каналах связи. Как известно, для борьбы с замираниями в декаметровых каналах связи (КС) существует множество методов, так называемого, разнесенного приема (РП). РП играет большую роль в борьбе как с замираниями в каналах связи, так и с влиянием аддитивных помех от посторонних радиостанций. В работе дается более точная оценка выигрыша при частотном и региональном РП. Эксперимент проводится с помощью имитационно-аналитического моделирования.
Ключевые слова: коротковолновая связь, разнесенный прием, моделирование, коэффициент исправного действия.
Существует множество методов разнесенного приема [1,2 и др.].
Активные методы разнесенного приема, которые требуют участия передающей стороны радиолинии:
— разнесение по времени — несколько версий одного и того же информационного сигнала передаются в разное время;
— частотное разнесение — сигнал передастся параллельно по нескольким частотным каналам;
— часто тно-временное разнесение — сигнал передается с повторением на разных частотах.
Пассивные методы разнесенного приема, которые истребуют участия передающей стороны радиолинии:
— пространственно-разнесенный прием — сигнал принимается на разные антенны, разнесенные в пространстве на расстояние, во много раз превышающее длину волны;
— регионально-разнесенный прием — сигнал принимается разными приемными центрами, разнесенными на сотни километров друг от друга;
— поляризационно-разнесенный прием — сигнал принимается с помощью антенн с ортогональными типами поляризации.
— разнесение по лучам — сигнал принимается с помощью фазируемых ан тенных решеток, имеющих в вертикальной плоскости узконаправленные диаг-
