Можно ли отследить приёмник радиосигнала?
Возник такой вопрос, если ли техническая возможность определить, что где-то находится приемник, который ловит радиосигнал на определенной частоте? Если да, то как?
Гы. Нет. Но если это единственный металлический предмет в поле, то да. Ты хоть представляешь себе принцип работы приемника?
Вроде можно, т. к. приёмник может излучать паразитный сигнал.
Если приемник супергетеродинного типа, то отследить вообще легко.
Если приемник супергетеродинного типа, то отследить вообще легко.
давай выкладывай способ
Чисто теоретически, и если приёмник супергетеродинный или имеет в составе генератор (какой-нибудь FM на одном транзисторе), и сделан абы как, то есть вероятность зачечь излучение гетеродина/генератора. На практике это практически нереально, особенно если гетеродин и сопутствующая обвязка хоть как-то заэкранированы.
Приёмники прямого усиления задетектить низзя вообще никак.
ну в принципе можно. В приемнике же гетеродин есть, который хоть и мизер, но излучает. Но чтобы засечь такое нужна ну очень ппц нехилая аппаратура.
Приёмники прямого усиления задетектить низзя вообще никак.
в лучших традициях ЛОРа — возражу 🙂 Теоретически задетектить можно по изменению конфигурации ЭМ поля от передающей антенны, но это пока нереально.
Теорию читай, там написано подробно
А так. ну используется генератор и преобразователь сигнала по частоте, чтоб вывести сигнал на определенную частоту (только для амплитудной модуляции) там его отфильтровать от помех и максимально усилить. Так вот генератор сам излучает и паразитное излучение не слабое.
гетеродин? А что это? Это замена колебательного контура?
гетеродин? А что это? Это замена колебательного контура?
это генератор, сигнал которого смешивается с принимаемым сигналом — и выделяется разностный сигнал. То есть было 10MHz, а стало 465kHz.
А кстати говоря, как он реализуется в приемниках с цифровым тюнером? Всегда было интересно.
Нельзя. man «Кольчуга».
я теорию знаю, давайте с диким практический способ, а не «есть гетеродин — можно обнаружить». любой такой приемник помимо гетеодина содержит смеситель (даст ослабление сигнала гетеродина дБ 10-15), МШУ (еще дБ 20) и входной фильтр на полосу сигнала (тоже давит гетеродин). приемник, естественно, экранирован. как ты его детектировать собрался?
чего практический способ? мне еще препод когда то говорил что супергетеродинный приемник это источник радиоволн самых разных частот. Того что есть запеленговать и найти хватит.
дятел твой препод.
практический способ обнаружения гетеродина. вводные я тебе выше приводил. исходный уровень мощности гетеродина можешь взять, скажем, 10 дБм. подсказка: обнаружить ты его сможешь разве что на столе.
чтобы не казалась задачка совсем сферической, добавлю, что гетеродинные приемники стоят в ГСН ракет на подвеске самолета. самолет, естественно, оснащен АФАР
Используются сдвоенные переменные конденсаторы что бы частоты входного тракта (этот жеж конденсатор и катушка-индуктивность) и гетеродина были синхронизованы.
Чс — частота сигнала
Чг — частота гетеродина
Пч — промежуточная (разностная) частота
Cч — суммарная частота
Так вот Чг, Сч все зависят от частоты входного сигнала. А Пч — постоянна и фиксированна.
я теорию знаю, давайте с диким практический способ, а не «есть гетеродин — можно обнаружить». любой такой приемник помимо гетеодина содержит смеситель (даст ослабление сигнала гетеродина дБ 10-15), МШУ (еще дБ 20) и входной фильтр на полосу сигнала (тоже давит гетеродин). приемник, естественно, экранирован. как ты его детектировать собрался?
если приемник сделан по науке, то есессно задетектировать его практически нереально. в противном случае — возможно.
Ну это надо детектор разрабатывать 🙂 Причём очень чувствительный, с охлаждением жидким азотом (чтоб не шумел ) и всё такое. Даже со всеми извращениями радиус обнаружения будет настолько мизерным, что смысла в таком девайсе никакого не будет.
это какая-то пещерная техника, в современных устройствах этого говна (сдвоенные переменные конденсаторы) нет. а на ВЧ и быть не может, нереализуемо
Да легко. Видишь антенну — где-то поблизости есть и приемник.
Используется только в ДВ и СВ и КВ
А на высоких частотах используется в основном частотная модуляция. Там супергетеродинный прием вообще невозможен.
Методы определения местоположения источника радиосигнала
Характеристика основных способов радиопеленгации. Применение антенн для определения направления источника радиоволн. Структурная схема цифрового измерителя пеленга, использующего метод максимума. Получение информации об азимуте цели с помощью фазометра.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.01.2017 |
| Размер файла | 908,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КУРСОВАЯ РАБОТА
На тему «Методы определения местоположения источника радиосигнала»
1. Амплитудные радиопеленгаторы
1.1 Принцип действия РП, реализующих метод максимума
1.2 Принцип действия РП, реализующего равносигнальный метод
2. Фазовые радиопеленгаторы
2.1 Принцип действия фазового радиопеленгатора (РП)
2.2 Принцип действия следящего фазового РП
2.4 Точность фазовых РП
3. Точность пеленгации
3.1 Радиопеленгатор, реализующих метод максимума
3.2 Радиопеленгатор, реализующий равносигнальный метод
3.3 Фазовый радиопеленгатор
3.4 Конструктивные особенности
1. Амплитудные радиопеленгаторы
В амплитудных РП для определения направления на источник радиоволн используют направленные свойства антенн. Наиболее часто применяют метод максимума и равносигнапьный метод. Амплитудные РП измеряют угол рассогласования (в горизонтальной и вертикальной плоскостях равный б0 или в0) между направлением на цель и опорным направлением (ОН).
Отсчет и0 осуществляется по углу поворота антенны в момент совпадения с направлением на цель максимума диаграммы направленности антенны (ДНА) или равносигнального направления.
1.1 Принцип действия РП, реализующих метод максимума
Рис.1.1 Схема амплитудного радиопеленгатора, реализующего метод максимума (а), и его пеленгационная характеристика (б)
В рассматриваемых РП направление на цель и0 отсчитывается по углу поворота ДНА антенны (рис. 1.1, а) в момент максимума напряжения отраженного сигнала на выходе приемника, когда максимум главного лепестка ДНА совпадает с направлением на источник излучения (точка M).
Зависимость амплитуды выходного напряжения приемника Uвых от угла поворота антенны называется пеленгационной характеристикой. При линейной амплитудной характеристике приемника пеленгационная характеристика по форме совпадает с ДНА fa(и). Следует отметить, что в зависимости от того работает ли антенна только на прием или и на прием и передачу, форма пеленгационной характеристики меняется.
Рис. 1.2. Огибающая пачки импульсов (а), структурная схема устройства фиксации начала и конца пачки (б) и сигналы в ее характерных точках (в)
радиопеленгация фазометр азимут антенна
Пеленгация методом максимума осуществляется в режиме обзора пространства («на проходе»), когда луч антенны сканирует. Например, можно зафиксировать начало и конец пачки (или ее огибающей), а затем вычислить положение (координату и0) ее середины (максимума).
В этом случае с выхода приемника пачка видеоимпульсов с огибающей U(и) (рис. 1.2, а) поступает на квантователь (рис. 1.2, б), состоящий из порогового устройства (ПУ) и генератора стандартных импульсов (ГСтИ).
Последний вырабатывает стандартный по форме и амплитуде импульс каждый раз, когда видеосигнал превышает пороговое напряжение Uпор.
Полученная таким образом прямоугольная пачка импульсов (рис. 1.2, в) подается на схемы запрета непосредственно и через устройство задержки на период повторения Tn.
При этом на выходе верхней схемы запрета (рис. 1.2, б) выделяется первый импульс, а на нижней — последний. Положение максимума определяется соотношением:
Где ин и ик координаты начала и конца пачки, отсчитанные на уровне Uпор; ?ск -угловая скорость сканирования антенны.
Можно зафиксировать момент совпадения максимума пачки с направлением на цель по переходу через нуль производной ее огибающей.
Отсчет и = и0 производится при выполнении равенства
Сигналы с выхода приемника проходят через квантователь стандартные импульсы с которого поступают на устройство фиксации центра пачки (рис. 1.3, а).
Весовые коэффициенты выбирают в соответствии с формой огибающей пачки U(и) и ее первой производной, как показано на рис. 1.3, б. Схема запрета пропускает сигнал обнаружения с выхода порогового устройства только тогда, когда на запрещающем входе отсутствует сигнал.
Рис. 1.3. Схема устройства фиксации максимума огибающей пачки импульсов (а) и принцип выбора весовых коэффициентов (б)
Это возможно при симметричном расположении импульсов пачки на отводах когда на нижнем сумматоре обеспечивается выполнение условия:
при этом на верхнем сумматоре
Отсчет и0 производится в момент окончания пачки. При этом возникает систематическая погрешность
где фn — длительность пачки. Эта погрешность учитывается при градуировке РП.
При фиксации момента максимума угловую координату цели можно отсчитывать в цифровом коде по сигналам датчиков угла поворота, установленных на валу антенны.
Датчик I (рис. 1.4) вырабатывает импульс иon каждый раз, когда максимум ДНА проходит через опорное направление (например, северное направление меридиана). Этот импульс сбрасывает показания счетчика и запускает триггер Схема «И» открывается, и импульсы с датчика 2, период повторения которых соответствует, например, одному градусу поворота ДНА, поступают на счетчик. Триггер возвращается в исходное состояние. Поэтому число поступивших на счетчик импульсов N=(и0— иon)/ исч. Точность пеленгаторов, реализующих метод максимума, определяется шириной главного лепестка ДНА. Погрешность пеленгации тем меньше, чем умже ДНА и чем острее ее максимум. Если в РП угловая координата определяется «на проходе», т.е. без остановки антенны, то при импульсном сигнале и постоянной угловой скорости сканирования ДНА пеленгация методом максимума
Рис. 1.4. Структурная схема цифрового измерителя пеленга, использующего метод максимума
сводится к фиксации времени запаздывания максимума огибающей пачки сигналов, поэтому оценка пеленга цели при ?ск = const равна ?скфоц, где фоц —оценка времени запаздывания максимума пачки относительно опорного импульса и0. Погрешность у0=?скуt, где у0 и уt потенциальные точности измерения пеленга и запаздывания огибающей пачки соответственно. Если аппроксимировать ДНА выражением , где ца ширина главного лепестка на уровне 0,46, то огибающая пачки имеет колоколообразную форму:
здесь t — текущее время, отсчитываемое от момента пересечения максимумом ДНА опорного направления; ф — запаздывание максимума огибающей отраженного сигнала; фor= ца / ?ск длительность огибающей на уровне 0,46. Для колоколообразного импульса ,откуда .
Выражение для потенциальной точности оценки времени запаздывания в рассматриваемом случае принимает вид:
Отсюда минимальное значение погрешности пеленгации:
Учитывая, что ширина главного лепестка, где ka — коэффициент использования площади антенны, da — диаметр (апертура) антенны, получаем:
При переходе к реальной форме ДНА необходимо учесть уменьшение отношения мощностей сигнала и помехи, введя коэффициент потерь. Тогда, объединяя с коэффициентом учета потерь из-за аппроксимации ДНА, получаем относительное значение пеленгационной погрешности:
Последнее соотношение может быть использовано для приближенной оценки точности пеленгации и при других аппроксимациях формы ДНА.
Количественной мерой пеленгационной чувствительности является крутизна пеленгационной характеристики:
1.2 Принцип действия РП, реализующего равносигнальный метод
Определение угловых координат равносигнальным методом основано на сравнении амплитуд сигналов, полученных от одного и того же источника излучения двумя антеннами, ДНА которых пересекаются в пространстве, образуя равносигнальное направление (РСН).
Антенны с диаграммами поочередно с периодом Тк подключаются к приемнику. Одновременно выход подсоединяется то к одной, то к другой отклоняющей пластине ЭЛТ.
Напряжение развертки по вертикали формируется генератором запускаемым импульсом синхронизатора (Синх). Равенство отклонений луча вправо и влево от линии развертки свидетельствует о нахождении цели на РСН. В момент достижения этого равенства с индикатора считывается значение угловой координаты источника излучения.
Если РП работает в составе импульсного радиолокатора, то по положению отметки сигнала на экране ЭЛТ относительно начала развертки определяется дальность цели.
Рис. 1.5. Структурная схема радиопеленгатора, реализующего равносигнальный метод в декартовых координатах (б) и форма сигнала на входе приемника (в)
Напряжение на входе (рис. 1.5, в) из-за коммутации ДНА модулируется по амплитуде. Глубина AM при идентичных и симметричных ДНА:
Разложение функции fв(и0±иp) в степенной ряд по степеням иp в окрестности точки и0, соответствующей РСН, имеет вид
и подстановка полученных рядов в формулу (1.4) при пренебрежении высшими членами ряда ввиду их малости дает
где пеленгационная чувствительность (способность), измеряемая в единицах глубины модуляции на градус углового отклонения.
Таким образом, напряжение Uвх содержит необходимую для определения углового отклонения цели от РСН информацию: глубина амплитудной модуляции пропорциональна иp1, а фаза огибающей Uвх изменяется на обратную при изменении знака ир.
Точность РП, реализующих равносигнальный метод, зависит от формы ДНА и уровня пересечения ДНА на равносигнальном направлении (т.е. от угла отклонения максимума ДНА от РСН)
Из формулы (1.5) следует:
Можно показать, что при любой аппроксимации ДНА пеленгационная чувствительность с учетом потерь аппроксимации и обработки равна тогда
При оптимальной обработке:
Это минимальная относительная погрешность, соответствующая потенциальной точности измерения угловой координаты.
2. Фазовые радиопеленгаторы
2.1 Принцип действия фазового радиопеленгатора (РП)
Информация о направлении на цель извлекается из фазовых соотношений сигналов, принятых в разных точках пространства.
Рис.2.1. Взаимное положение антенн и источника излучения в фазовом радиопеленгаторе
При определении одной угловой координаты, например азимута б, сигналы, принятые антеннами (рис.2.1), разнесенными на расстояние Б, называемое базой, из-за разности хода волн имеют разность фаз . Так как , то
Следовательно, информацию об азимуте цели можно получить, измерив разность фаз и используя соотношение
Рис.2.2. Структурная схема фазового радиопеленгатора
Измерение б по разности фаз ц выполняют с помощью измерителя фазы — фазометра на выходе двухканального приемника (рис. 2.2).
Нелинейная шкала ИФ проградуирована в значениях угла б в соответствии с (2.2) фазовых РП могут быть использованы как обычные зеркальные антенны (рис.2,3,а), так и ФАР (рис 2.3).
При пеленгации в одной плоскости ФАР разделяются на две группы излучателей А1…А3 и А2…А6, формирующие отдельные диаграммы направленности (рис.2.3,в). Сама ФАР строится по схеме пространственного оптимального фильтра (или коррелятора).
Выходные сигналы u1 и u2 сдвинуты по фазе на угол ц связанный с направлением на точку излучения сигнала выражением ц=2р(Б/л)sin б. Пеленгация в пространстве выполняется трехканальным РП с базами, повернутыми друг относительно друга на 90°.
Рис. 2.3. Примеры антенн фазового РП
Рис. 2.4 Диаграмма, поясняющая пеленгацию в пространстве фазовым методом
При необходимости обе базы можно расположить на земной поверхности (рис.2.4).
На этих базах образуются разности фаз:
Пеленги целей в горизонтальной б и вертикальной в плоскостях определяются из решения системы уравнений (2,3).
2.2 Принцип действия следящего фазового РП
Автоматическое сопровождение по направлению в фазовых РП может осуществляться двумя способами.
При первом сигнал ошибки с выхода фазового детектора (переключатель на рис. 2.4 в положении I) через схему управления (СУ) (экстраполятор) подается на управляемый фазовращатель, компенсирующий пространственный сдвиг фазы.
Измеряемый угол и (б или в) отсчитывается по шкале фазовращателя. При переводе переключателя в положение 2 реализуется вторая схема следящего РП. В этой схеме функцию интегратора экстраполятора выполняет электродвигатель привода антенны который поворачивает антенную платформу до совмещения перпендикуляра к базе с направлением на источник излучения.
На рис. 2.5 показана структурная схема следящего фазового РП, реализующего метод скрытого конического сканирования путем периодического дополнительного сдвига фаз в одном из каналов приемника на ±р/2.
Рис. 2.4. Структурная схема следящего фазового РП
Рис. 2.5. Следящий фазовый РП со скрытым коническим сканированием
На входе приемника суммируются сигналы, у которых кроме сдвига фаз из-за разности хода сигналов в пространстве периодически (с периодом Тск) добавляется фазовый сдвиг ?ц=±р/2. Поэтому, как показано на рис. 2.6,а, б, в зависимости от знака или, что то же самое, от знака и на входе приемника образуется амплитудно-модулированный сигнал, фаза огибающей которого зависит от знака ц или и. Разность фаз сигнала ошибки с выхода УСО и опорного сигнала ГОН служит для определения знака и.
Рис. 2.6. Векторные диаграммы (а) для случая и>0 ; для случая и<0 (б); формирование огибающей в различных точках РП (см. рис. 2.5) (в)
На выходе ФД возникает сигнал разной полярности в соответствии со знаком и, управляющий через схему управления фазовращателем.
2.4 Точность фазовых РП
ц=2р(Б/л)sin б:
у0= уц/2р(Б/л)cosи (2.4)
где погрешность измерителя фазы, зависящая от типа измерителя (коэффициент неоптимальности обработки сигнала в измерителе kно) и от отношения мощностей сигнала и шума q на его входе.
При оптимальной обработке сигнала kно=1 и погрешность по фазе , что соответствует обработке сигнала с неизвестной начальной фазой. Тогда погрешность измерения угла б, характеризующая потенциальную точность пеленгации,
Для повышения точности целесообразно увеличивать отношение Б/л, что противоречит условию однозначности отсчета угла и, требующему Б/л>0,5.
Для обеспечения и требуемой точности, и однозначности используют многобазовые РП, у которых самую большую базу выбирают из условия требуемой точности, а наименьшую — из условия однозначности.
Следует иметь в виду, что переход от грубой базы к более точной требует выполнения условия сопряжения шкал: погрешность на грубой, но однозначной шкале должна быть меньше диапазона однозначного отсчета на более точной шкале.
Поскольку в (2.5) — эффективное значение базы;
относительное значение пеленгационной погрешности
3. Точность пеленгации
3.1 Радиопеленгатор, реализующих метод максимума
Таким образом, чем больше крутизна пеленгационной характеристики, тем выше пеленгационная чувствительность и тем меньше погрешность измерения угла. Так как форма максимума диаграммы направленности антенны обычно «тупой», то пеленгационная чувствительность при пеленгации методом максимума мала и, следовательно, погрешность измерения высока.
3.2 Радиопеленгатор, реализующий равносигнальный метод
Исходя из формулы 1.6,чтобы увеличить пеленгационную чувствительность, необходимо увеличивать fa‘(и0) и уменьшать fa(и0), что достигается увеличением и0 и уменьшением уровня пересечения, однако при уменьшении fa(и0) падает q.
Поэтому и0 надо стремится брать таким, чтобы пересечение диаграмм направленности по мощности происходило на уровне примерно 0,5.
3.3 Фазовый радиопеленгатор
Для обеспечения однозначности пеленгации в пределах сектора ±90°, когда -1 ? sin б ? +1, необходимо чтобы разность фаз не превышала ±180°. Из формулы (2.1) следует, что условие однозначности выполняется только при Б/л ? 0,5. По формуле (2.5) ясно, что при и>±90 0 , точность пеленгации резко падает. Поэтому целесообразно радиопеленгатору работать в секторе вблизи перпендикуляра к базе антенн, где cosи ? 1, а все остальное пространство сканировать, например, с помощью поворотной базы.
3.4 Конструктивные особенности
Список литературы
1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. — М.: Радиотехника, 2004, — 320 с
2. Радиопеленгация [Электронный ресурс] //Википедия : свободная энцикл. — электро. дан. — [Б. м.], 2016 — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиопеленгация
3. Фазовые радиопеленгаторы: Монография [Электронный ресурс]- Электрон. текстовые данные (6.54 Мб)/ сост. Денисов В.П, Дубинин Д.В., — Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2002. — 251 с //Электронная библиотека — URL: http://umup.ru/книга/фазовые-радиопеленгаторы-денисов -2002
4. Методы пеленгации [Электронный ресурс]//Студопедия — электро. дан. — [Б.м], 2013 — URL: http://studopedia.ru/1_54110_metodi-pelengatsii.html
5. Основы радиотехнических систем: учебное пособие [Электронный ресурс]-Электрон. текстовые данные (5.44 Мб)/ сост. Ю.Т.Зырянов, О.А.Белоусов, П.А Федюнин. — Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011 — 144с // Электронная библиотека — URL: http://www.tstu.ru/book/elib/pdf/2011/zyryanov.pdf
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Метод определения местоположения – угломерно-разностно-дальномерный. Построение на местности приемных позиций. Расчет координат источника радиоизлучения. Расчёт параметров эллипса рассеивания. Алгоритм работы обнаружителя. Структурная схема измерителя.
курсовая работа [347,9 K], добавлен 21.11.2013
Радиопеленгация как определение направления источника радиоволн. Первые приемные устройства. Диаграммы направленности передающей и рамочной антенн, радиопеленгаторы. Пеленгация по минимуму сигнала. Системы слепой посадки самолетов по радиомаякам.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 18.03.2011
Обоснование метода определения местоположения излучающего объекта. Решение задачи определения местоположения излучающего объекта с известной несущей. Разработка функциональной схемы приемного устройства. Расчет погрешности определения местоположения.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 25.10.2011
Определение количества информации, содержащейся в каждом из символов источника при их независимом выборе. Двоичная единица информации. Информационные характеристики дискретного источника. Зависимость энтропии при равновероятном распределении вероятностей.
контрольная работа [480,4 K], добавлен 05.11.2013
Разработка источника питания с импульсным преобразователем напряжения, принципиальной схемы стабилизатора напряжения. Триггерная схема защиты от перегрузок. Схема цифрового отсчёта тока нагрузки. Выбор элементов импульсного преобразователя напряжения.
Оборудование, предназначенное для пеленгации источников радиоизлучений, используемое при радиоконтроле 4. Обзор и сравнительный анализ пеленгаторов, используемых при радиоконтроле
Цель настоящей главы — обзор пеленгационной техники ОВЧ-УВЧ диапазонов, ориентированной на использование в станциях радиоконтроля. Приводятся основные характеристики пеленгаторов: диапазон частот, чувствительность, аппаратурная точность, помехозащищенность и наличию показателя качества пеленга и т. д. Приводится также перечень технических сведений о пеленгаторах, которые рекомендуется получить от поставщика пеленгационной техники при закупке оборудования.
Рассматриваются общие подходы к решению задач определения местоположения источника радиоизлучения стационарными, мобильными и носимыми пеленгаторами.
Более подробная информация об алгоритмах определения местоположения ПРИ, алгоритмах обработки радиосигналов в пеленгаторах, принципах и методах координатометрии ПРИ можно найти в специальной литературе.
4.1. Типы пеленгаторов и принципы их работы
Выделяют три основных типа пеленгаторов и наиболее распространенные варианты их построения (см. табл. 4.1).
Типы пеленгаторов и варианты их построения
Типы пеленгаторов
Варианты построения пеленгаторов
Вращение направленной антенны
Переключение направленных антенн
Электронно-коммутируемая антенная решетка с формированием узкой вращающейся ДН
Классический фазовый пеленгатор
Доплеровский (квазидоплеровский, дифференциально-фазовый) пеленгатор
Корреляционные (амплитудно-фазовые) интерферометры
Первые пеленгационные устройства появились в начале двадцатого века в них использовался принцип определения направления на источник радиоизлучения по максимуму приходящего сигнала, что реализовывалось с помощью вращающихся антенн. Низкая точность определения направления при широких диаграммах направленности и сложность аппаратной задачи создания узких вращающихся диаграмм выдвинули на первый план фазовые методы, использующие простые ненаправленные антенны и допускающие цифровые методы определения направления. Современные методы обработки информации о пространственном распределении амплитуд и фаз сигнала позволили перейти к внедрению амплитудно-фазовых интерферометров, которые обеспечивают большую помехозащищенность пеленгаторов.
4.1.1 Амплитудные пеленгаторы. В пеленгаторах с вращающейся антенной максимум ее диаграммы направленности совпадает с направлением на источник радиоизлучения. В таких пеленгаторах используются рамочные, логопериодические, рупорные и зеркальные антенны.
При определении направления на ИРИ по максимуму диаграммы направленности точность пеленгования непосредственно зависит от ее ширины. Однако, если заранее запоминать форму диаграммы для каждой частоты (сформировать так называемые «эталоны»), то накладывая на реальную диаграмму соответствующий «эталон» и добиваясь их максимального совпадения, можно получить высокую точность пеленгования, независимо от ширины диаграммы. Однако, если требуется высокая помехозащищенность, следует использовать узкие диаграммы направленности, что не всегда возможно.
Недостаток таких пеленгаторов — малая скорость вращения антенны и, следовательно, ограниченность использования пеленгатора при работе с короткими по времени сигналами.
Так, при использовании стандартных поворотных устройств фирмы «YAESU» скорость оборота антенны 30 45 с. Известны пеленгаторы со
скоростями вращения антенны до нескольких оборотов в секунду, но и такой скорости часто бывает недостаточно.
Пеленгатор с переключением направленных антенн представляет собой расположенные по кругу «л» направленных антенн — антенных элементов (АЭ) (см. рис. 4.1а), каждый из которых имеет диаграмму направленности, близкую к кардиоиде (см. рис. 4.1 в). Антенный коммутатор (АК) последовательно подключает выходы антенных элементов к входу радиоприемника (РПУ) с частотой коммутации From (см. рис. 4.16). Амплитуда сигнала фиксируется в устройстве обработки и определения пеленга.
Рис. 4.1. Пеленгатор с переключением направленных антенн
Основными недостатками являются невысокая точность пеленгования, зависящая от идентичности характеристик антенных элементов, и слабая помехозащищенность, обусловленная большой шириной диаграммы направленности антенных элементов.
Устройства такого типа разработаны фирмами «Роде-Шварц», «Телефун-кен» и др. и используются для работы в верхней части УКВ диапазона в мобильных пеленгационных системах.
Принцип работы пеленгатора типа Эдкокк (Н-Эдкокк) основан на использовании двух разнесенных на расстояние 3-5 дБ
Граничный уровень сигнал/ помеха в совмещенном канале
Показатель качества пеленга
По с/ш, по искажениям фронта волны
По с/ш, по девиации пеленгов
По с/ш, по девиации пеленгов, по искажениям фронта волны
По с/ш, по девиации пеленгов, по искажениям фронта волны
По наличию помехи в границах ДН
Относительная сложность реализации
При выборе пеленгатора очень важна полнота информации о его основных характеристиках. Приводим перечень сведений о пеленгаторе, которые следует иметь в виду при закупке данного типа аппаратуры:
- • метод пеленгования (подробная характеристика особенностей реализации метода);
- • диапазон рабочих частот, разбивка на поддиапазоны;
- ? поляризация сигнала;
- — чувствительность пеленгатора по поддиапазонам частот (мкв/м);
- ? аппаратурная (инструментальная) погрешность пеленгования;
- • рабочее время пеленгования;
- ? минимальное время пеленгования (со снижением аппаратурной точности пеленгования);
- • погрешность пеленгования при наличии когерентной помехи;
- • погрешность пеленгования при наличии помехи в совмещенном канале;
- ? погрешность пеленгования при модулированном сигнале;
- • динамический диапазон;
- • показатель качества пеленга;
- • требования к расположению антенн;
- — сведения об эксплуатационных испытаниях (в том числе эксплуатационная погрешность пеленгования);
- • дополнительные сведения о пеленгаторе (режимы автоматического пеленгования, возможности пеленгования широкополосных сигналов, наличие режима построения пеленговой панорамы в диапазоне частот и параметры этого режима и т. д.)
- 4.3. Определение местоположения источников радиоизлучения
Антенны стационарных пеленгаторов располагают, как правило, на крышах преобладающих по высоте зданий, что максимизирует так называемую зону электромагнитной доступности. Для определения местоположения источника излучения необходимо иметь два пеленгатора, хотя на практике используют не менее трех. При наличии более 3 пеленгаторных пунктов недостоверные пеленги отбрасываются, а остальным придается вес, в соответствии с их качеством. При известном качестве пеленгов рассчитывается положение наиболее вероятной точки, которая принимается за оценку местоположения ПРИ.
В современных пеленгаторах должен автоматически вырабатываться показатель качества пеленга, и, при превышении этим показателем определенного уровня (например, этот уровень может устанавливаться на соответствие ошибке в 10°), пеленг считается недостоверным и не учитывается при определении местоположения. Простейший показатель качества пеленга -соотношение сигнал/шум, далее — колебания последовательно получаемых отсчетов пеленга и, наконец, наличие помехи определенного уровня или искажения фронта приходящей волны.
При автоматическом пеленговании команда на пеленгование поступает с центрального поста, где находится аппаратура, с помощью которой определяется частота ПРИ. Результаты пеленгования и показатели качества пеленгов собираются на посту сбора и обработки пеленговой информации. Обмен информацией может осуществляться как по телефонному каналу, так и по широкополосной радиосети. Специальное ПО должно обеспечивать отображение на карте пеленгационных постов, пеленгов (иногда и их качества) и результатов обработки пеленговой информации — координаты искомого ПРИ.
Наряду с триангуляционными методами определения местоположения ПРИ предлагаются методы, когда территория, обслуживаемая сетью пеленгаторов, разбивается на небольшие ячейки и для каждой ячейки экспериментально или путем моделирования определяется и запоминается набор параметров сигналов с антенных элементов для каждого пеленгатора. При приеме реального сигнала методами перебора и статистической обработки определяется наиболее вероятное положение ПРИ. Такой режим реализован сетью пеленгаторов «Барс» в Санкт-Петербурге.
Существуют пеленгаторы, позволяющие раздельно пеленговать источники радиоизлучений, работающие на одной частоте или в одном частотном канале. Такими возможностями обладают пеленгаторы, формирующие узкую диаграмму направленности (ДН) или обладающие возможностями разрешения нескольких сигналов с помощью амплитудно-фазовой корреляционной обработки. Подобные устройства обладают высокой эффективностью, как при наличии помех в совмещенном канале, так и при наличии когерентных помех (т. е. переотраженных сигналов).
Мобильные пеленгаторы используются в следующих ситуациях:
- • при работе ПРИ вне зоны электромагнитной доступности сети стационарных пеленгаторов;
- • при малой точности оценки местоположения, полученной с помощью стационарных пеленгаторов;
- • при отсутствии стационарных пеленгаторов или наличии только одного стационарного пеленгатора.
Решение задачи определения местоположения с помощью мобильных пеленгаторов требует значительно большего времени, чем при использовании высокоточных стационарных пеленгаторов.
Различаются два метода использования мобильных пеленгаторов:
- • метод «отстранения» (или метод последовательных засечек);
- • приводный метод.
Метод отстранения заключается в получении пеленгов из выбранных точек, расположенных по окружности внутри которой находится ИРИ. Затем решается триангуляционная задача, как и в случае со стационарными пеленгаторами. При использовании этого метода мобильный пеленгатор должен иметь высокую аппаратурную точность пеленгования и, по возможности, быть защищенным от воздействия когерентных помех, а персонал — обладать большим опытом работы с этим пеленгационным комплексом в условиях города.
При приводном методе пеленгатор движется «по направлению приходящей волны» с усреднением изменяющихся вследствии разных причин пеленгов. Опыт работы по поиску ИРИ в таком режиме для большого города дает средние времена решения задачи порядка 1-3 часа. От типа и качества пеленгаторов существенно зависит общее время поиска. Большую роль играет и сервисное программное обеспечение, позволяющее автоматически отбраковывать «прыгающие» пеленги и выделять направление, соответствующее группированию пеленгов.
В непосредственной близости от ИРИ (100-200 м) бывает затруднено использование мобильных пеленгаторов (нет подъезда, нет прямой видимости на ИРИ с земли и т. д.). В этом случае используется носимый пеленгатор, для которого желательно выбрать место пеленгования с прямой видимостью на ИРИ (с крыши здания, с открытой площадки и т. п.). Носимый пеленгатор, как правило, имеет направленную пеленгационную антенну и часто более защищен от когерентных помех.
При отсутствии мобильного пеленгатора, нередко используют носимый пеленгатор в сочетании со стационарным.
4.4. Обзор пеленгационной и измерительной техники, используемой службами радиоконтроля в Российской Федерации
Основываясь на весьма неполных сведениях о пеленгаторах, помещенных в рекламных буклетах, тезисах и статьях, приведем основные характеристики стационарных и мобильных пеленгаторов, в табл.4.3 и 4.4, соответственно.
Заметим, что в известных нам публикациях отсутствуют сведения об эксплуатационных испытаниях — такие испытания, скорее всего, не проводятся, а результаты эксплуатации в части статистической оценки качества пеленгования не систематизированы.
Стационарные пеленгаторы
^ ЗАО НПФ «Яр»
«Навигатор» г
ООО «стц», СПб
охо «Вектор-АФТ»
Амплитудный с переключением АЭ
Амплитудный с вращением направлен ной антенны
Электронное формирование узкой вращающейся дн
Диапазон частот, МГц
- 100 400
- (600)
Число поддиапазонов и антенных элементов
И нструментальная погрешность (точность пеленгования), град
0,5 с Т =60мс
Т =5 мс ш «і»
раздельное пеленгование сигнала и помехи
Показатель качества пеленга
Наличие режима пеленговой панорамы
Данные об эксплуатационных испытаниях
Мобильные пеленгаторы
Фирма (название)
«Навигатор» НПФ « Я ?»
Амплитудный с вращением антенны
Амплитудный с переключением АЭ
Диапазон частот, МГц
- 10-1000
- (30-2000)
Число поддиапазонов и антенных элементов
И нстру ментальная погрешность (точность пеленгования), град
Возможность подъёма антенн
доп. п/с мачта (8 м)
доп. п/с мачта (8 м) 2
доп. п/с мачта (8 м) 2
Наличие показателя качества пеленга
по наличию помехи
по искажению фронта волны
+ по с/ш, по девиации пеленгов
+ по с/ш, по искажению фронта волны
Наличие режима пеленговой панорамы
- * Повышение диапазона рабочих частот достигается применением комплекта из 4^6 направленных антенн.
- *? 2000-3000 МГц — рупорная антенна с поворотным устройством, поднимаемая на мачте.
- *?* Мачты и дополнительный комплект пеленгаторов не входят в комплект поставки (может быть дополни тельное оснащение). В зависимости от типа сигнала.
- . Пеленгаторы выпуска до 2000 года.
Техническое обеспечение государственного регулирования.
Дадим короткие комментарии к табл. 4.3 Пеленгатор Шедар 07 в настоящее время эксплуатируется, но не поставляется.
Амплитудный пеленгатор ИУ-2 (ООО «Ирга») входит в состав измерительного комплекса. Направленная антенна пеленгатора широко используется при измерениях параметров сигналов и борьбы с помехами. Пеленгационное устройство на основе использования вращающейся логопериодической антенны является наиболее простым, дешевым, но имеет целый ряд недостатков. Так, низкая скорость вращения антенны существенно ограничивает оперативные возможности пеленгации. В ряде регионов России сейчас начинают использоваться более узконаправленные, но и более габаритные логопериодические антенны. Отметим, что в ряде стран используются вращающиеся зеркальные и другие узконаправленные антенн в диапазоне выше 1 ГГц.
Квазидоплеровские пеленгаторы фирмы «Навигатор» широко распространены в России — это дешёвый и технически хорошо отработанный тип пеленгатора. Однако, с повышением диапазона частот и расширением полосы частот сигналов, перспективы его использования имеют ограничения.
Фазовые интерферометры поставляются фирмами «Яр», «СТЦ», «ИР-КОС». Это наиболее активно развивающееся направление, реализующее режим широкополосной пеленговой панорамы. Для гражданских служб последнее время активно развиваются пеленгационные сети, построенные на базе пеленгаторов «Барс». Положительные отзывы о работе этих технических средств получены из Санкт-Петербурга, Москвы и Ростова-на-Дону. Отметим применение современных методов статической обработки при определении местоположения ПРИ, развитие антенных систем в направлении увеличения числа антенных элементов.
Перспективным является также применение радиоприёмных устройств отечественного производства с более высокими (по сравнению со сканирующими приемниками) техническими характеристиками. Такие приемники разработаны фирмами «ИРКОС» и «СТЦ», СПб.
Общим недостатком рассмотренных выше типов пеленгаторов является недостаточная помехозащищённость. Отметим, что характеристики пеленгаторов по помехозащищенности при воздействии сосредоточенных помех не одним производителем не приводятся
Как видно из табл. 4.3, корреляционные пеленгаторы в России предлагаются только фирмой «ИРКОС» и только для спецприменения. Пеленгатор же на базе электронно-коммутируемой антенной решётки (АР) с формированием узкой вращающейся ДН (ОХО «Вектор-АФТ») в данное время отсутствует на рынке гражданской продукции, хотя есть надежда, что в ближайшем будущем предложения в этой области появятся.
Кроме отечественных пеленгаторов, в диапазоне ОВЧ-УВЧ в настоящее время используется небольшое количество зарубежных стационарных пеленгаторов — это фазовые интерферометры TRC-8011 фирмы «Thomson CSF», квазидоплеровские пеленгаторы DDF-6000 фирмы Dopplez-System, пеленгатор Telegon 111 фирмы DASA.
Характеристики TRC-8011 близки к приведённым в табл. 4.3 характеристикам интерферометра.
Пеленгаторы DDF-6000 по своим характеристикам близки к пеленгаторам РН-20. Диапазон до 1000 МГц закрывается шестью поддиапазонами, для чего необходимо использовать 2 мачты (по 3 поддиапазона на одной мачте), что не всегда удобно и дорого. Помехозащищённость ниже, чем у фазовых интерферометров и затруднена возможность работы с широкополосными сигналами (как и у всех квазидоплеровских пеленгаторов).
Telegon 111 — пеленгатор, использующий антенную систему с коммутируемыми АЭ, построенную по принципу автоматического радиокомпаса. Формируемая ДН достаточно широкая, имеется возможность работы лишь с узкополосными сигналами (полоса фильтра не более 15 кГц).
Перечисленные зарубежные пеленгаторы поставлялись до 1998 г. Отечественные пеленгаторы не уступают приведённым зарубежным аналогам, но имеют существенно более низкую стоимость.
Мобильная станция «Ирга» предлагает оснащение тремя типами пеленгаторов — пеленгатор с переключением восьми антенных элементов (10-1000 МГц), квазидоплеровский пеленгатор (30-1000 МГц) и вращающиеся направленные антенны — рамочная (30-110 МГц) и логопериодическая (100-1200 МГц), поднимаемые на высоту 10 м, скорость вращения 30 с/об. Основные недостатки первого пеленгатора — слабая помехозащищённость и невысокая точность пеленгования. При работе с вращающимися антеннами -медленная скорость вращения.
Квазидоплеровские пеленгаторы РП-26/1000Д и ТМО-1М5 имеют ограничения по диапазону частот, кроме того, возникают проблемы при работе с широкополосными сигналами, невысока и помехозащищённость. Преимущества: низкая стоимость, отработанная технология, удобное ПО по выделению направлений группирования пеленгов.
Дифференциально-фазовый пеленгатор станции «Икар-2» не так широко распространён, имеет ПО для обработки пеленгов и поиска ПРИ. Технические характеристики этого пеленгатора требуют уточнения.
Интерферометры фирмы «ИРКОС» применяются уже около 8 лет, и хорошо себя зарекомендовали (Тюмень, Мурманск и др.). Направление развивается по пути дооснащения станций полустационарно развертываемой мачтой с дополнительным комплектом пеленгатора, и повышения чувствительности за счёт вынесенных под антенну тюнеров. В настоящее время мобильные пеленгаторы используют приемник собственной разработки («Аргамак») с диапазоном частот до 3000 МГц.
Фазовые интерферометры фирмы «СТЦ» («Барс») начали распространяться последние 3 года, и сейчас их имеют более 15 регионов. За счёт отработки конструкции крыши автомобиля и тщательной разработки антенных систем (двухдиапазонные антенные элементы, увеличение количества антенных элементов и большая площадь антенной системы), удаётся получить неплохие параметры по дальности действия и приемлемые аппаратурные характеристики. Станция может дооснащяться полустационарно развертываемой мачтой и дополнительным комплектом пеленгационных антенн.
Помехозащищённость фазовых интерферометров несколько выше, чем у допплеровских пеленгаторов и амплитудных пеленгаторов с переключаемыми направленными антеннами.
Дооснащение станции дополнительным комплектом пеленгационных антенн и полустационарно разворачиваемой мачтой расширяет возможности, но существенно увеличивает стоимость станции.
Кроме отечественных, в России используются пеленгаторы Telegon 111 («Dasa») и «Эсмеральда» (Thomson CSF). Характеристики пеленгатора Telegon 111 описаны выше. Мобильная станция «Эсмеральда» — это самый современный мобильный пеленгатор, характеристики которого соответствуют отечественным интерферометрам фирм «СТЦ» и «Иркос», но, кроме того, пеленгатор «Эсмеральда» имеет режим быстрого подъёма антенной системы пеленгатора. К недостаткам следует отнести сложность использования в зимних условиях и очень высокую стоимость (как и у станции Telegon 111).
Таким образом, современная пеленгационная техника в России достаточно активно развивается. Применяются современные принципы построения и обработки сигналов, создаются удобные пеленгационные комплексы. Необходима большая открытость разработчиков, более детальное описание предлагаемых образцов аппаратуры и всесторонние их испытания, включая характеристики по помехоустойчивости.
Вывод. В лекции был проведен обзор пеленгационной техники ОВЧ-УВЧ диапазонов, ориентированной на использование в станциях радиоконтроля. Приводятся основные характеристики пеленгаторов: диапазон частот, чувствительность, аппаратурная точность, помехозащищенность и наличию показателя качества пеленга и т. д. Приводится также перечень технических сведений о пеленгаторах, которые рекомендуется приобрести при закупке оборудования.
Рассмотрены общие подходы к решению задач определения местоположения источника радиоизлучения стационарными, мобильными и носимыми пеленгаторами.
Более подробная информация об алгоритмах определения местоположения ИРИ, алгоритмах обработки радиосигналов в пеленгаторах, принципах и методах координатометрии ИРИ можно найти в специальной литературе.
Как определить источник радиосигнала
GMan1990 
08-01-2015 10:09 
10490 Прочтений 
4 Комментариев
Вопрос 11. Средства перехвата радиосигналов.
Основные задачи при перехвате:
— поиск по демаскирующим признакам сигналов с информацией;
— обнаружение и выделение сигналов, интересующих органы добывания;
— прием (селекция, усиление) сигналов и съем с них информации;
— анализ технических характеристик принимаемых сигналов;
— определение местонахождения (координат) источников представляющих интерес сигналов;
— обработка полученных данных с целью формирования первичных признаков источников излучения или текста перехваченного сообщения.
Структура комплекса средств перехвата:
Средства перехвата радиосигналов:
а) Антенны
Антенны преобразуют энергию электромагнитной волны в электрические сигналы, амплитуда, частота и фаза которых соответствует аналогичным характеристикам электромагнитной волны.
б) Радиоприемники
Радиоприемник — основное техническое средство перехвата, осуществляющего поиск, селекцию, прием и обработку радиосигналов.
В состав его входят устройства, выполняющие:
— перестройку частоты настройки приемника и селекцию (выделение) нужных радиосигналов;
— усиление выделенных сигналов;
— детектирование (съем информации);
— усиление видео или низкочастотного первичного сигнала.
Различают два вида радиоприемников:
— прямого усиления (без изменения его частот) и
— супергетеродинные (преобразования принимаемого высокочастотного сигнала в сигнал постоянной частоты, называемой промежуточной частотой)
в) Технические средства анализа сигналов
— устройства панорамного обзора и анализа спектра сигнала,
(позволяют вести при,м всех излучений в определ,нной полосе частот или исследование спектра любого радиоизлучения)
— селективные вольтметры (предназначены для измерения синусоидального напряжения в узкой полосе частот),
— измерители временных параметров дискретных сигналов,
— определители видов модуляции кода (амплитудная/частотная и т.д.).
г) Средства определения координат источников радиосигналов
Радиопеленгатор — устройство, предназначенное для определения направления на источник излучения электромагнитных колебаний.
Амплитудный метод. Для пеленгации амплитудным методом применяют антенную систему, имеющую диаграмму направленности с одним или несколькими четкими минимумами или максимумами. В КВ диапазоне часто применяется рамочная антенна, диаграмма направленности которой имеет форму восьмерки с двумя четкими минимумами.Для устранения неоднозначности приходится применять, например, подключение дополнительной штыревой антенны, исключая этим один из минимумов.
Фазовый метод. При пеленгации фазовым методом применяют антенную систему, которая позволяет различать сигналы, приходящие с различных направлений, пут,м анализа фаз принимаемых несколькими антеннами сигналов. (например могут испольщоваться две рамочные антенны расположенные под углом 90 градусов)
Тельжанский метод. Вывод о направлении (в некоторых случаях — и о расстоянии) на источник радиоизлучения делается на основании характера изменения доплеровского сдвига частоты сигнала, принимаемого движущимся пеленгатором или движущейся антенной пеленгатора. (Эффект Доплера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых при,мником, вызванное движением их источника и/или движением при,мника)
Зная места расположения приемников-пеленгаторов, можно рассчитать положение источника пут,м триангуляции (накладывания треугольников).
Способы и средства наблюдения в радиодиапазоне
Радиолокационное и радиотепловое наблюдение осуществляется в радиодиапазоне электромагнитных волн с помощью способов и средств радиолокации и радиотепловидения.
Для получения радиолокационного изображения в радиолокаторе формируется зондирующий узкий сканирующий (перемещающейся по определенному закону по горизонтали и вертикали) луч электромагнитной волны, которым облучается пространство с объектом наблюдения. Отраженный от поверхности объекта радиосигнал принимается радиолокатором и модулирует электронный луч электронно-лучевой трубки его индикатора, который перемещаясь синхронно с зондирующим лучем «рисует» на экране изображение объекта. Принципы радиолокационного наблюдения показаны на рис.3. 6.
Рис. 3.6. Принципы радиолокационного наблюдения.
Радиолокационное изображение существенно отличается от изображения в оптическом диапазоне. Различие обусловлено разными свойствами отражающей поверхности объектов в оптическом и радиодиапазонах.
Отраженная энергия в радиодиапазоне пропорциональна площади поверхности и конфигурации объекта, электрической проводимости поверхности. Отражательная способность объекта или его элементов характеризуется эффективной площадью рассеяния.
Эффективная площадь рассеяния равна площади идеальной плоской поверхности, перпендикулярной к направлению облучения и помещенной в точке нахождения объекта, которая создает у приемной антенны радиолокатора такую же плотность потока мощности, как реальный объект.
Основными показателями радиолокационных средств наблюдения являются следующие:
— разрешающая способность на местности.
Дальность радиолокационного наблюдения зависит от излучаемой радиолокатором энергии (мощности передатчика локатора) и характеристик среды распространения электромагнитной волны. Ослабление электромагнитной волны при ее распространении определяется длиной волны и степенью ослабления ее в атмосфере. Чем короче длина волны, тем прямолинейнее ее путь распространения и тем больше она затухает в атмосфере. Но одновременно тем выше может быть обеспечена разрешающая способность радиолокатора на местности.
Разрешение радиолокатора на местности определяется величиной пятна, которое создает луч радиолокационной станции при облучении поверхности объекта или местности. Пятно тем меньше, чем уже диаграмма направленности антенны радиолокатора. Последняя, в свою очередь, определяется соотношением геометрических размеров конструкции антенны и длины волны. Кроме того, следует иметь ввиду, что электромагнитная волна отражается от объекта или его деталей, если их размеры, по крайней мере, соизмеримы с длиной волны. Если размеры их значительно меньше, то волна эти объекты огибает. В связи с этими с этими соображениями наиболее широко в радиолокации применяется сантиметровый диапазон с тенденцией перехода в мм-диапазон.
По дальности действия наземные радиолокаторы различаются на малой, средней, большой дальности и сверхдальнего действия. РЛС малой дальности применяют для обнаружения людей и транспортных средств на расстоянии в сотни метров, средней — единицы км, большой — десятки км. Точность определения координат наземных РЛС составляет по дальности 10-20% и около градуса по азимуту.
Сверхдальные РЛС используют эффект, открытый в 60 е годы Н. И. Кабановым. Этот эффект состоит в способности радиоволн в декаметровом диапазоне распространяться на большие расстояния не только в прямом, но и обратном направлениях. Отражаясь от объектов на земной поверхности на удалении 800-4000 и более км от РЛС, электромагнитные волны, несущие информацию об их демаскирующих признаках, принимаются и регистрируются приемником радиолокатора. Однако из-за нестабильности ионосферы разрешение таких РЛС значительно хуже, чем у надгоризонтных радиолокаторов.
Повышение разрешающей способности радиолокаторов без значительного увеличения размеров антенны, что особенно важно для воздушного и космического радиолокационного наблюдения, обеспечивается в радиолокационных станциях бокового обзора (РЛС БО). Они размещаются на самолетах и разведывательных КА.
В РЛС БО применяются два вида антенн: вдольфюзеляжные и с синтезированной (искусственной) апертурой антенны (РСА).
Принцип работы радиолокатора бокового обзора иллюстрируется на рис. 3.7.
Рис.3.7. Принцип работы радиолокатора бокового обзора.
Элементы антенны первого вида размещают вдоль фюзеляжа самолета с обеих его сторон или в подвесном контейнере-обтекателе. Благодаря этому размер антенны можно увеличить до 15 м. Такая антенна создает в боковом направлении узкую (доли градусов) диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и широкую — в вертикальной. В текущий момент времени она облучает на земной поверхности площадку шириной х и длиной у (см. рис.3.7). Так как зондирующий сигнал проходит до элементов этой площадки и после отражения к антенне разные пути, то лучи в точке приема имеют разные фазы. На приемной стороне сигналы, отраженные от разных участков площадки, упорядочиваются по фазе, в результате чего обеспечивается возможность увеличить разрешение в вертикальной плоскости до значения, соответствующего шагу дискретизации фазы. Величина же шага ограничивается точностью определения точности фазы и возможностями бортового компьютера.
Просмотр земной поверхности по направлению полета самолета или космического аппарата производится за счет движения носителей РЛС
БО с разрешением на местности, соответствующему ширине диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости — по азимуту.
Повышение угловой разрешающей способности РЛС с синтезированной апертурой антенны основано на формировании узкой диаграммы направленности по азимуту с помощью искусственно создаваемой антенной решетки. Диаграмма направленности антенной решетки, формируемой в результате когерентного (с учетом фазы) сложения радиоволн от n одинаковых ее элементов размером d, что и антенна размером nd.
В РЛС применяется небольшая антенна, широкая диаграмма направленности которой неподвижна относительно самолета и направлена перпендикулярно линии полета. При полете самолета антенна РЛС последовательно занимает в пространстве положения на прямой траектории полета самолета, эквивалентные положениям элементам гипотетической антенной решетки. В результате запоминания сигналов, последовательно принимаемых антенной в каждой точке траектории полета самолета, и их когерентного суммирования достигается существенное повышение разрешающей способности на местности. Размер решетки (синтезированной апертуры) соответствует длине участка траектории, на котором производится запоминание и когерентное суммирование сигналов. Используя этот метод, можно увеличить разрешающую способность РЛС по азимуту в 100 и более раз [15].
3.2. Способы и средства перехвата сигналов.
Перехват носителей в виде электромагнитного, магнитного и электрического полей, а также электрических сигналов с информацией осуществляют органы добывания радио и радиотехнической разведки. При перехвате решаются следующие основные задачи:
— поиск по демаскирующим признакам сигналов с информацией в диапазоне частот, в которых они могут;
— обнаружение и выделение сигналов, интересующих органы добывания;
— прием (селекция, усиление) сигналов и съем с них информации;
— анализ технических характеристик принимаемых сигналов;
— определение местонахождения (координат) источников представляющих интерес сигналов;
— обработка полученных данных с целью формирования первичных признаков источников излучения или текста перехваченного сообщения.
Упрощенная структура типового комплекса средств приведена на рис. 3.8.
Рис. 3.8. Структура комплекса средств перехвата.
Типовой комплекс включает:
— приемные антенны;
— радиоприемник;
— анализатор технических характеристик сигналов;
— радиопеленгатор;
— устройство обработки сигналов;
— устройство индикации и регистрации.
Антенна предназначена для преобразования электромагнитной волны в электрические сигналы, амплитуда, частота и фаза которых соответствует аналогичным характеристикам электромагнитной волны.
В радиоприемнике производится селекция сигналов по частоте, усиление и детектирование (демодуляция) выделенных радиосигналов с целью получения сигнала на носителе в виде электрических первичных сигналов: речевых, цифровых данных, видеосигналов.
Для анализа радиосигналов после селекции и усиления они подаются на входы комплекса измерительной аппаратуры, осуществляющей автоматическое или автоматизированное измерение их параметров: частотных, временных, энергетических, вида модуляции, видов и структуры кодов и др. Эти комплексы различаются по диапазонам частот, функциям, принципам построения (аналоговые, цифровые).
Радиопеленгатор определяет направление на источник излучения (пеленг) или его координаты.
Устройство обработки и регистрации производит первичную обработку информацию (сведений и данных) и регистрирует ее для последующей обработки.
Каждое из этих средств характеризуется набором определенных функций и параметров.
а) Антенны
Антенны преобразуют энергию электромагнитной волны в электрические сигналы и представляют конструкцию из токопроводящих элементов, размеры и конфигурация которых определяют эффективность преобразования. Для обеспечения эффективного излучения и приема в широком диапазоне используемых радиочастот создано большое количество видов и типов антенн, классификация основных из которых представлена на рис. 3.9.
Рис. 3.9. Классификация антенн.
Назначение передающих и приемных антенны ясно из их наименований. По своим основным электрическим параметрам они не отличаются. Многие из них в зависимости от схемы подключения (к передатчику или приемнику) могут использоваться как передающие или приемные. Однако если к передающей антенне подводится большая мощность, то в ней принимаются специальные меры по предотвращению пробоя между элементами антенны, находящиеся под высоким напряжением.
Эффективность антенн зависит от согласования размеров элементов антенны с длинами излучаемых или принимаемых волн. Длина согласованной с длиной волны электромагнитного колебания штыревой антенны близка к /4, где — длина рабочей волны. Поэтому размеры и конструкция антенн отличаются как для различных диапазонов частот, так и внутри диапазонов.
Если для стационарных антенн требование к геометрическим размерам антенны может быть достаточно просто выполнено для коротких и ультракоротких волн, то для антенн, устанавливаемых на мобильных средствах, оно неприемлемо. Например, рациональная длина антенны для обеспечения связи на частоте 30 МГц составляет 2.5 м, что неудобно для пользователя. Поэтому применяют укороченные антенны, но при этом уменьшается их КПД. По данным [16] укорочение антенны в 2 раза уменьшает КПД до 60%, в 5 раз (до 50 см) — до 10%, а КПД антенны, укороченной в 10 раз, составляет всего около 3% от рационального варианта.
По конструкции антенны разделяются на проволочные (вибраторные), рупорные, параболические, рамочные, спиральные, антенные решетки и различные их комбинации.
Возможности антенн как приемных, так и передающих определяются следующими характеристиками:
— диаграммой направленности;
— коэффициентом полезного действия;
— коэффициентом направленного действия;
— коэффициентом усиления;
— полосой частот.
Диаграмма направленности представляет графическое изображение уровня принимаемого сигнала от угла поворота антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Диаграммы изображаются в прямоугольных и полярных координатах (см. рис. 3.10).
Рис. 3.10. Диаграмма направленности антенн.
Они могут иметь разнообразный и изрезанный характер, определяемый механической конструкцией и электрическими параметрами. Лепесток диаграммы направленности с максимумом мощности излучаемого или принимаемого электромагнитного поля называется главным или основным лепестком, остальные боковыми и задними. Соотношение между величинами мощности основного лепестка по сравнению с остальными характеризует направленные свойства антенны. Ширина главного лепестка диаграммы измеряется углом между прямыми, проложенными из начала полярных координат до значений диаграммы, соответствующих половине максимальной мощности излучения или 0.7 напряжения электрического сигналов приемной антенны. Чем уже ширина диаграммы направленности антенны, тем выше ее коэффициент направленного действия.
Коэффициент направленного действия (КНД) определяет величину энергетического выигрыша, который обеспечивает направленная антенна по сравнению с ненаправленной.
Потери электрической энергии в антенне оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД), равного отношению мощности сигнала на выходе реальной антенны к мощности сигнала идеальной антенны без потерь.
Произведение этих двух коэффициентов определяет коэффициент усиления антенны (КУ). Так как КНД >1, а КПД <1, то коэффициент усиления в зависимости от значений сомножителей может теоретически принимать значения как меньше, так и больше 1. Чем выше КУ, тем больший энергетический эффект обеспечивает антенна, но тем точнее необходимо ориентировать направление основного лепестка на источник излучения. Для параболической антенны коэффициент усиления антенны рассчитывается по формуле
КУ=4Sэф/ 2 ,
где Sэф — эффективная площадь зеркала антенны;
— длина электромагнитной волны.
Для линейных антенн (например, вибраторов) КУ характеризуется действующей высотой или длиной hа=Еа/Е, где Еа — максимальное значение наводимой в антенне электродвижущей силы, Е — напряженность электромагнитного поля в точке приема. Полоса частот, в пределах которых сохраняются заданные технические характеристики антенны, называется полосой ее пропускания.
Создание антенн с высоким коэффициентом усиления и широкой полосой пропускания представляет основную проблему в области конструирования антенн. Чем выше КУ, тем труднее обеспечить широкополосность антенны. В зависимости от полосы пропускания антенны разделяются на узкополосные, широкополосные, диапазонные и широкодиапазонные.
Узкополосные антенны обеспечивают прием сигналов в диапазоне 10% от основной частоты. У широкополосных антенн эта величина увеличивается до (10-50)%, диапазонные антенны имеют коэффициент перекрытия (отношение верхней частоты полосы пропускания антенны к нижней) составляет 1.5-4, а у широкополосных антенн это отношение достигает значений в интервале 4-20.
Совокупность однотипных антенн, расположенных определенным образом в пространстве, образуют антенную решетку. Сигнал антенной решетки соответствует сумме сигналов от отдельных антенн. Различают линейные (одномерные) и плоские (двухмерные) антенные решетки. Антенные решетки, у которых можно регулировать фазы сигналов отдельных антенн, называют фазированными антенными решетками. Путем изменения фаз суммируемых сигналов можно менять диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях и производить быстрый поиск сигнала по пространству и ориентацию антенны на источник излучения.
б) Радиоприемник
Радиоприемник — основное техническое средство перехвата, осуществляющего поиск, селекцию, прием и обработку радиосигналов. В состав его входят устройства, выполняющие:
— перестройку частоты настройки приемника и селекцию (выделение) нужных радиосигналов;
— усиление выделенных сигналов;
— детектирование (съем информации);
— усиление видео или низкочастотного первичного сигнала.
Различают два вида радиоприемников: прямого усиления и супергетеродинные. Появившиеся первыми приемники прямого усиления уступили супергетеродинным почти во всех радиодиапазонах, за исключением сверхвысоких частот. Такая тенденция объясняется более высокой селективностью и чувствительностью супергетеродинного радиоприемника по сравнению с приемником прямого усиления.
В приемниках прямого усиления, как следует из названия, сигнал на входе приемника (выходе антенны) селектируется и усиливается без изменения его частот. Качество информации, снимаемой с этого сигнала, тем выше, чем меньше уровень помех (сигналов различной природы с частотами, близкими частоте настройки приемника). В идеале цепи селекции должны обеспечивать П — образную форму с полосой пропускания, равной ширине спектра селектируемого сигнала.
Такие фильтры имеют многозвенную, достаточно сложную конструкцию из тщательно настраиваемых LC — элементов или реализуются с использованием поверхностных акустических волн.
Сложность проблемы обеспечения избирательности в радиоприемниках прямого усиления обусловлена техническими трудностями создания одновременно перестраиваемых по частоте узкополосных фильтров с высокими показателями по селективности, в особенности при их промышленном производстве. Только на сверхвысоких частотах удалось достигнуть высоких показателей по чувствительности и избирательности благодаря применению в широкополосных цепях высокой частоты специальных материалов и устройств: фильтров из железоиттриевого граната и малощумящих ламп бегущей волны.
В супергетеродинном приемнике проблема одновременного обеспечения высоких значений чувствительности и селективности решена путем преобразования принимаемого высокочастотного сигнала после его предварительной селекции и усиления в усилителе высокой частоты в сигнал постоянной частоты, называемой промежуточной частотой (см. рис. 3.11).
Рис. 3.11. Структура супергетеродинного приемника.
После преобразования усиление и селекция выполняются применительно к сигналам промежуточной частоты. Для постоянной промежуточной частоты задачи по обеспечению высокой избирательности и чувствительности решаются проще и лучше. Преобразователь частоты состоит их гетеродина и смесителя. Гетеродин представляет собой перестраиваемый вручную или автоматически высокочастотный генератор гармонического колебания с частотой, отличающейся от частоты принимаемого сигнала на величину промежуточной частоты. Процесс преобразования частоты происходит в смесителе, основу которого составляет нелинейный элемент (полупроводниковый диод, транзистор, радиолампа). На него поступают принимаемый сигнал с частотой fс и гармонический сигнал гетеродина с частотой fг. На выходе смесителя создается множество комбинаций гармоник принимаемого сигнала и колебаний гетеродина, в том числе на промежуточной частоте fп=fс— fг. Селективные фильтры усилителя промежуточной частоты пропускают только сигналы промежуточной частоты, которые усиливаются до величины, необходимой для нормальной работы детектора. Однако супергетеродинному приемнику присущ ряд недостатков, вызванных процессом преобразования частоты. Они состоят в том, что фильтры усилителя промежуточной частоты пропускают не только полезные сигналы, частота которых равна fс=fг+fп,, но и ложные с частотой fл= fг — fп, симметричной (“зеркальной”) по отношению к частоте гетеродина fг. Помехи на “зеркальной” частоте ослабляются путем двойного или даже тройного преобразования частот в супергетеродинном приемнике. Промежуточная частота каждого последующего преобразования понижается. В результате этого первую промежуточную частоту можно без ущерба для избирательности приемника выбрать достаточно высокой. При больших значениях промежуточной частоты “зеркальная” частота существенно отличается (на удвоенную промежуточную частоту) от сигнала и подавляется входными фильтрами радиоприемника.
Возможности радиоприемника определяются следующими техническими характеристиками:
— диапазоном принимаемых частот;
— чувствительностью;
— избирательностью;
— динамическим диапазоном;
— показателями качества принимаемой информации;
— эксплуатационными параметрами.
Диапазон принимаемых частот обеспечивается шириной полосы пропускания селективных элементов входных фильтров и фильтров усилителя высокой частоты. Настройка же приемника на нужную частоту производится путем механической или электронной перестройкой частоты гетеродина. При поиске сигналов важной характеристикой является скорость перестройки, которая в панорамных приемниках (приемниках для быстрого обзора радиодиапазонов) достигает сотни МГц за 1 мксек.
Чувствительность радиоприемника оценивается минимальной мощностью или напряжением сигнала на его входе, при которой на выходе приемника достигается отношение сигнал/помеха и мощность (напряжение), необходимые для нормальной работы оконечной аппаратуры или восприятия информации человеком. Такая чувствительность называется реальной. Предельная чувствительность соответствует мощности (напряжения) входного сигнала, равного мощности шумов входных цепей радиоприемника. Информация полезного сигнала мощностью менее мощности шумов радиоприемника настолько сильно ими искажается, что передача информации возможна только при кодировании ее специальными помехоустойчивыми кодами.
В диапазонах дециметровых и более коротких волн чувствительность измеряют в ваттах или децибелах по отношению к уровню в 1 мВт (дБм), на метровых и более длинных — в микровольтах (мкВ). Реальная чувствительность современных профессиональных супергетеродинных приемников дециметровых и сантиметровых волн находится в пределах 10 -12- -10 -14 Вт, приемников метровых и более длинных волн составляет 0.1-10 мкВ.
Избирательность приемника оценивается параметрами амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) его селективных цепей, определяющей зависимость коэффициента усиления приемного тракта от частоты. Избирательность приемника максимальная, когда его амплитудно-частотная характеристика повторяет форму спектра принимаемого сигнала. В этом случае будут приняты все его спектральные составляющие, но не пропущены спектральные составляющие других сигналов (помех). Практически реализовать это требование чрезвычайно трудно, так как спектр сигналов с различной информацией имеет изрезанную постоянно меняющуюся форму и существуют большие технически проблемы при формировании амплитудно-частотной характеристики сложной заданной формы.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) радиоприемника характеризует величину пропускания его селективных цепей в зависимости от частоты колебания сигнала. В качестве идеальной АЧХ рассматривается П образная форма с шириной, равной средней ширине спектра сигнала.
Избирательность реального приемника оценивается двумя основными показателями: шириной полосы пропускания и коэффициентом прямоугольности АЧХ радиоприемника, реальная форма которой имеет колоколообразный вид.
Ширина полосы пропускания определяется на уровне 0.7 по напряжению, а коэффициент прямоугольности — отношением полосы пропускания на уровне 0.1 к полосе пропускания на уровне 0.7. Чем более пологой является АЧХ радиоприемника, тем шире полоса пропускания на уровне 0.1 по отношению к уровню 0.7 и тем больше величина коэффициента прямоугольности. Коэффициент пропускания позволяет количественно оценить пологий характер амплитудно-частотной характеристики радиоприемника. Чем ближе коэффициент прямоугольности АЧХ к 1, тем круче ее скаты и тем меньше помех «пролезет» по краям полосы пропускания. С целью уменьшения мощности помех, прошедших в тракт приемника, ширину его полосы пропускания устанавливают соответствующей ширине спектра сигнала. В приемниках для приема сигналов, существенно отличающихся по ширине, например, речи и телеграфа, ширину полос пропускания различных селективных цепей изменяют путем коммутации селективных элементов (катушек индуктивности, конденсаторов).
Так как активные элементы усилительных каскадов радиоприемника (транзисторы, диоды и др.) имеют достаточно узкий интервал значений входных сигналов, при которых обеспечивается линейное усиление сигналов, то при обработке сигналов с амплитудой вне этих интервалов возникают их нелинейные искажения и, следовательно, искажение информации. В реальных условиях уровни сигналов на входе приемников, используемых для добывания информации, существенно отличаются. Например, громкость речи при приеме сигналов закладных устройств меняется в широких пределах при перемещении говорящего человека в помещении. Динамический диапазон характеризует возможности приемника по безискаженному приему сигналов различной мощности. Величина динамического диапазона оценивается отношением максимального уровня к минимальному уровню принимаемого сигнала и измеряется в децибелах. При недостаточном динамическом диапазоне возникают искажения электрических сигналов, соответствующих громким звукам.
Для повышения динамического диапазона современные радиоприемники содержат устройство автоматической регулировки усиления (АРУ) приемного тракта в соответствии с уровнем принимаемого сигнала.
Несоответствие амплитудно-частотной и фазовой характеристик, динамического диапазона радиоприемника текущим характеристикам сигнала приводят к частотным, фазовых и нелинейным искажениям сигнала и потере информации.
Частотные искажения вызываются подавлением или изменениями составляющих спектра входного сигнала. Из-за частотных искажений сигнал на входе демодулятора приобретает форму, отличающуюся от входной.
Фазовые искажения сигнала возникают из-за нарушений фазовых соотношений между отдельными спектральными составляющими сигнала при прохождении его цепям тракта приемника.
Искажения, проявляющиеся в появлении в частотном спектре выходного сигнала дополнительных составляющих, отсутствующих во входном сигнале, называются нелинейные. Нелинейные искажения вызывают элементы радиоприемника, имеющие нелинейную зависимость между выходом и входом. Они возникают при превышении отношения значений максимальной и минимальной напряженности электромагнитной волны в месте приема динамического диапазона радиоприемника.
Эти виды искажений приводят к изменению информационных параметров сигнала на входе демодулятора и, как следствие, к искажению информации после демодуляции. Кроме указанных электрических характеристик возможности радиоприемников оцениваются также по их надежности, оперативности управления, видам электропитания и потребляемой мощности, массо-габаритным показателям.
Особенностью этих радиоприемников является возможность очень быстрой (электронной) перестройки в широком диапазоне частот. Кроме того, наиболее совершенные из сканеров содержат устройство «памяти», которое запоминает вводимые априори, а также в процессе поиска, частоты радиосигналов, не представляющие интерес для оператора. В результате такого запоминания резко сокращается время просмотра широкого диапазона частот.
Средства измерения признаков сигнала включают большой набор различных программно-аппаратных устройств и приборов, в том числе устройства панорамного обзора и анализа спектра, измерители временных параметров дискретных сигналов, определители видов модуляции и кода.
Разрешение по наклонной дальности в РСА обеспечивается, как и в других РЛС БО, за счет импульсного режима их работы.
При наблюдении земной поверхности с помощью РСА предъявляются жесткие требования к прямолинейности траектории полета самолета, к стабильности амплитудно-фазовых характеристик приемопередающего тракта РЛС и устройств обработки сигналов, параметров среды распространения и характеристик отражения радиоволн наблюдаемых объектов. Для цифровой обработки сигналов требуется так же большая память бортового компьютера.
Наряду с тенденцией повышения частот для улучшения разрешающей способности радиолокатора в последнее время появились локаторы, использующие более низкие частоты — в пределах дециметровых и метровых волн. Главное преимущество низких частот&n