[go: up one dir, main page]

RU2507529C1 - Radio navigation system for measurement of mobile object bearing - Google Patents

Radio navigation system for measurement of mobile object bearing Download PDF

Info

Publication number
RU2507529C1
RU2507529C1 RU2012130768/07A RU2012130768A RU2507529C1 RU 2507529 C1 RU2507529 C1 RU 2507529C1 RU 2012130768/07 A RU2012130768/07 A RU 2012130768/07A RU 2012130768 A RU2012130768 A RU 2012130768A RU 2507529 C1 RU2507529 C1 RU 2507529C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
moving object
output
sin
phase
signals
Prior art date
Application number
RU2012130768/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012130768A (en
Inventor
Владимир Леонидович Гулько
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority to RU2012130768/07A priority Critical patent/RU2507529C1/en
Publication of RU2012130768A publication Critical patent/RU2012130768A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2507529C1 publication Critical patent/RU2507529C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: radio beacon simultaneously from two points spatially distanced in the plane of measurements with available coordinates radiates orthogonally linearly polarised electromagnetic waves. Electromagnetic waves are received on a mobile object in a linear polarisation basis making the angle of 45° with the plane of measurements. According to the signals received at the outlet of the linear polarisation divider a summary and a difference signals are generated, and phase difference is measured between them, afterwards an angular coordinate of a mobile object is calculated.
EFFECT: proposed goniometrical system provides for better efficiency and accuracy of measurements with availability of strict restrictions for dimensions of a receiving antenna of a mobile object, where mass and dimensions of an antenna are of utmost importance.
2 dwg

Description

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в навигационных системах для определения угловых координат подвижных объектов как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях.The invention relates to radio navigation and can be used in navigation systems to determine the angular coordinates of moving objects in both azimuthal and elevation planes.

Известна радионавигационная система [1, 2], в которой пеленг подвижного объекта определяется на основе измерения разности фаз сигналов на выходе двух разнесенных в пространстве приемных антенн. Эта система содержит источник электромагнитных волн, расположенный в точке с известными координатами и расположенные на подвижном объекте две разнесенные в пространстве приемные антенны, каждая из которых последовательно соединена с соответствующим приемником, фазометр и счетно-решающее устройство, причем, выходы приемников подключены к соответствующим двум входам фазометра, а его выход подключен к входу счетно-решающего устройства. Фазометр измеряет разность фаз напряжений на выходе приемников, а счетно-решающее устройство по измеренной разности фаз определяет пеленг подвижного объекта.A known radio navigation system [1, 2], in which the bearing of a moving object is determined on the basis of measuring the phase difference of the signals at the output of two spaced receiving antennas. This system contains a source of electromagnetic waves located at a point with known coordinates and located on a moving object, two receiving antennas spaced in space, each of which is connected in series with a corresponding receiver, a phase meter and a computing device, and the outputs of the receivers are connected to the corresponding two inputs phase meter, and its output is connected to the input of the computing device. The phasometer measures the phase difference of the voltages at the output of the receivers, and the computing device determines the bearing of the moving object from the measured phase difference.

Недостатком этой радионавигационной системы является низкая точность измерений пеленга подвижного объекта при наличии жестких ограничений на габариты приемных антенн.The disadvantage of this radio navigation system is the low accuracy of the measurements of the bearing of a moving object in the presence of severe restrictions on the dimensions of the receiving antennas.

Этот недостаток обусловлен тем, что точность измерений пеленга подвижного объекта определяется пространственным разносом приемных антенн. Чем больше расстояние между антеннами, тем выше точность измерений и, наоборот, при уменьшении пространственного разноса приемных антенн точность измерений пеленга подвижного объекта снижается.This disadvantage is due to the fact that the measurement accuracy of the bearing of a moving object is determined by the spatial separation of the receiving antennas. The greater the distance between the antennas, the higher the measurement accuracy and, conversely, with a decrease in the spatial separation of the receiving antennas, the measurement accuracy of the bearing of a moving object decreases.

Известна радионавигационная система для измерения пеленга подвижного объекта [3, 4]. Эта система содержит радиомаяк, расположенный в точке с известными координатами и приемо-индикатор, расположенный на подвижном объекте. Радиомаяк содержит передатчик с подключенными к нему, через синхронный переключатель, трех передающих антенн, расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Разность фаз сигналов, приходящих от любой из пар антенн, определяется угловым положением подвижного объекта. Приемо-индикатор содержит приемную антенну, выход которой соединен с выходом приемника, а его выход через синхронный переключатель подключен к трем приемным каналам и фазометр, два входа которого с помощью переключателя подключены к выходам любой из пар приемных каналов. Работа системы основана на поочередном, во времени, излучении электромагнитных волн из двух точек с известными координатами, расположенных в плоскости измерений на расстоянии d друг от друга. Причем длины и амплитуды излучаемых электромагнитных волн равны и начальные фазы совпадают. На подвижном объекте последовательно во времени принимаются электромагнитные волны от любой из пар передающих антенн и измеряется их разность фаз, после чего рассчитывается пеленг подвижного объекта.Known radio navigation system for measuring the bearing of a moving object [3, 4]. This system contains a beacon located at a point with known coordinates and a receiving indicator located on a moving object. The beacon contains a transmitter with three transmitting antennas connected to it, through a synchronous switch, located at the vertices of an equilateral triangle. The phase difference of the signals coming from any of the pairs of antennas is determined by the angular position of the moving object. The receiving indicator contains a receiving antenna, the output of which is connected to the output of the receiver, and its output through a synchronous switch is connected to three receiving channels and a phase meter, two inputs of which are connected to the outputs of any of the pairs of receiving channels by a switch. The operation of the system is based on alternating, in time, radiation of electromagnetic waves from two points with known coordinates located in the measurement plane at a distance d from each other. Moreover, the lengths and amplitudes of the emitted electromagnetic waves are equal and the initial phases coincide. On a moving object, electromagnetic waves from any of the pairs of transmitting antennas are received sequentially in time and their phase difference is measured, after which the bearing of the moving object is calculated.

Недостатком этой радионавигационной системы является низкое быстродействие измерений пеленга подвижного объекта, обусловленное временным разделением передаваемых и, соответственно, принимаемых сигналов.The disadvantage of this radio navigation system is the low speed of the measurements of the bearing of a moving object, due to the time separation of the transmitted and, accordingly, received signals.

Известна радионавигационная система для измерения пеленга подвижного объекта (А.с. №1355955, М кл.4, G01S 3/02, приоритет от 9.12.1985 [5]), в которой пеленг подвижного объекта определяется на основе измерения разности фаз Δφ между ортогонально линейно поляризованными электромагнитными волнами, одновременно излучаемыми с равными амплитудами, фазами и длинами волн из двух точек с известными координатами расположенных в плоскости измерений на расстоянии d друг от друга. При этом пеленг α подвижного объекта определяется относительно равносигнального направления, совпадающего с нормалью к середине линии, соединяющей точки излучений ортогонально линейно поляризованных электромагнитных волн по формуле:A known radio navigation system for measuring the bearing of a moving object (AS No. 1355955, M class 4 , G01S 3/02, priority dated 12/12/1985 [5]), in which the bearing of a moving object is determined based on measuring the phase difference Δφ between orthogonally linearly polarized electromagnetic waves simultaneously emitted with equal amplitudes, phases and wavelengths from two points with known coordinates located in the measurement plane at a distance d from each other. In this case, the bearing α of the moving object is determined relative to the equal signal direction, which coincides with the normal to the middle of the line connecting the emission points of the orthogonally linearly polarized electromagnetic waves according to the formula:

α = arcsin ( λ 2 π d Δ ϕ )                                                   (1)

Figure 00000001
α = arcsin ( λ 2 π d Δ ϕ ) (one)
Figure 00000001

где λ - длина волны.where λ is the wavelength.

Навигационная система содержит передатчик с подключенными к нему двумя передающими антеннами с ортогональными линейными собственными поляризациями. На подвижном объекте навигационная система содержит приемную всеполяризованную антенну, секцию круглого волновода с встроенной четвертьволновой фазовой пластиной, линейный поляризационный разделитель, амплитудный дискриминатор и вычислитель. Причем четвертьволновая фазовая пластина ориентирована под углом 45° к одной из стенок прямоугольного волновода линейного поляризационного разделителя.The navigation system comprises a transmitter with two transmitting antennas connected to it with orthogonal linear eigenpolarizations. On a moving object, the navigation system contains a receiving all-polarized antenna, a circular waveguide section with a built-in quarter-wave phase plate, a linear polarizing separator, an amplitude discriminator and a computer. Moreover, the quarter-wave phase plate is oriented at an angle of 45 ° to one of the walls of a rectangular waveguide of a linear polarizing separator.

Навигационная система работает следующим образом.The navigation system operates as follows.

Передатчик через подключенные к нему двумя передающими антеннами с ортогональными линейными собственными поляризациями излучают линейно ортогонально поляризованные электромагнитные волны с равными амплитудами, фазами и длинами волн.The transmitter through the two transmitting antennas connected to it with orthogonal linear intrinsic polarizations emit linearly orthogonally polarized electromagnetic waves with equal amplitudes, phases and wavelengths.

На подвижном объекте суммарная электромагнитная волна полностью принимается всеполяризованной приемной антенной и поступает на последовательно соединенные секцию круглого волновода со встроенной четвертьволновой фазовой пластиной и линейный поляризационный разделитель. Сочетание секции круглого волновода с встроенной четвертьволновой фазовой пластиной и линейного поляризационного разделителя позволяет осуществить на подвижном объекте прием суммарной электромагнитной волны в круговом поляризационном базисе и, таким образом, разделить поступающую на вход суммарную электромагнитную волну на две ортогонально поляризованные по кругу волны. С выходов плеч линейного поляризационного разделителя сигналы поступают на вход амплитудного дискриминатора, где формируется напряжение, равное отношению амплитуд E1/E2 сигналов в виде [5]At a moving object, the total electromagnetic wave is completely received by the all-polarized receiving antenna and arrives at the serially connected section of the circular waveguide with an integrated quarter-wave phase plate and a linear polarizing separator. The combination of a circular waveguide section with an integrated quarter-wave phase plate and a linear polarizing separator allows the reception of a total electromagnetic wave in a circular polarizing basis on a moving object and, thus, splitting the total electromagnetic wave arriving at the input into two waves orthogonally polarized in a circle. From the outputs of the arms of the linear polarizing separator, the signals are fed to the input of the amplitude discriminator, where a voltage is formed equal to the ratio of the amplitudes E 1 / E 2 of the signals in the form [5]

S ( α ) = E 1 E 2 = 1 cos Δ ϕ 1 + cos Δ ϕ = | t g Δ ϕ 2 | .                                             ( 2 )

Figure 00000002
S ( α ) = E one E 2 = one - cos Δ ϕ one + cos Δ ϕ = | | | t g Δ ϕ 2 | | | . ( 2 )
Figure 00000002

После чего, выходной сигнал (2) амплитудного дискриминатора поступает на вычислитель, где с учетом (1) и (2), рассчитывается пеленг подвижного объекта по формуле [5]After that, the output signal (2) of the amplitude discriminator is fed to the computer, where, taking into account (1) and (2), the bearing of the moving object is calculated according to the formula [5]

α = arcsin [ λ 2 π d ( 2 a r c t g E 1 E 2 ± 2 n π ) ] ,                                           ( 3 )

Figure 00000003
α = arcsin [ λ 2 π d ( 2 a r c t g E one E 2 ± 2 n π ) ] , ( 3 )
Figure 00000003

где n=0, 1, 2, ….where n = 0, 1, 2, ....

Этой радионавигационной системе присущ ряд недостатков. Во-первых, обладает низкой точностью измерений пеленга подвижного объекта на равносигнальном направлении и направлениях, близких к нему, обусловленной низкой крутизной пеленгационной характеристики (2) в указанных направлениях при фиксированном отношении d/λ. Во-вторых, не возможно определить сторону отклонения подвижного объекта от равносигнального направления. Последнее обусловлено тем, что отношение амплитуд сигналов E1/E2 на выходе амплитудного дискриминатора величина всегда положительная, поэтому пеленгационная характеристика (2) имеет симметричный вид относительно равносигнального направления.This radio navigation system has a number of disadvantages. Firstly, it has low measurement accuracy of the bearing of a moving object in an equal-signal direction and directions close to it, due to the low steepness of the direction-finding characteristic (2) in these directions for a fixed ratio d / λ. Secondly, it is not possible to determine the side of the deviation of the moving object from the equal-signal direction. The latter is due to the fact that the ratio of the amplitudes of the signals E 1 / E 2 at the output of the amplitude discriminator is always positive, therefore the direction-finding characteristic (2) has a symmetrical shape with respect to the equal-signal direction.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой радионавигационной системе является устройство для измерения пеленга подвижного объекта (патент СССР №1251003 М. кл.4 G01S, 3/02, приоритет от 29.01.85) [6]. Это устройство содержит передатчик с подключенными к нему двумя передающими антеннами с ортогональными собственными поляризациями и расположенными в точках с известными координатами в плоскости измерений на расстоянии d друг от друга и расположенных на подвижном объекте приемную всеполяризованную антенну, линейный поляризационный разделитель, амплитудно-фазовый дискриминатор и вычислитель, при этом выход приемной всеполяризованной антенны подключен к входу линейного поляризационного разделителя, а два его выхода подключены к двум входам амплитудно-фазового дискриминатора, а его выход подключен к входу вычислителя, причем линейный поляризационный разделитель ориентирован так, что орты его собственной системы координат совпадают с осями плеч прямоугольных волноводов и ориентированы под углом θ=45° к плоскости измерений.The closest set of features to the claimed radio navigation system is a device for measuring the bearing of a moving object (USSR patent No. 1251003 M. class. 4 G01S, 3/02, priority from 01/29/85) [6]. This device contains a transmitter with two transmitting antennas connected to it with orthogonal proper polarizations and located at points with known coordinates in the measurement plane at a distance d from each other and located on a moving object, a receiving all-polarized antenna, a linear polarizing separator, an amplitude-phase discriminator and a computer while the output of the receiving all-polarized antenna is connected to the input of the linear polarizing separator, and two of its outputs are connected to two the inputs of the amplitude-phase discriminator, and its output is connected to the input of the calculator, and the linear polarization separator is oriented so that the unit vectors of its own coordinate system coincide with the axes of the arms of the rectangular waveguides and are oriented at an angle θ = 45 ° to the measurement plane.

Работа устройства заключается в том, что передатчик через подключенные к нему двумя передающими антеннами одновременно из двух точек излучают ортогонально эллиптически поляризованные электромагнитные волны с равными амплитудами, фазами и длинами волн.The operation of the device is that the transmitter through the two transmitting antennas connected to it simultaneously from two points emit orthogonally elliptically polarized electromagnetic waves with equal amplitudes, phases and wavelengths.

На подвижном объекте суммарная электромагнитная волна, вектор Джонса которой в декартовом поляризационном базисе имеет вид [6]On a moving object, the total electromagnetic wave, whose Jones vector in the Cartesian polarization basis has the form [6]

E ˙ Σ = [ cos ε + j sin ε e j Δ ϕ j sin ε + cos ε e j Δ ϕ ] ,                                                  ( 4 )

Figure 00000004
E ˙ Σ = [ cos ε + j sin ε e j Δ ϕ j sin ε + cos ε e j Δ ϕ ] , ( four )
Figure 00000004

где ε - угол эллиптичности излучаемых ортогонально поляризованных электромагнитных волн,where ε is the angle of ellipticity of the emitted orthogonally polarized electromagnetic waves,

Δ ϕ = 2 π d λ sin α

Figure 00000005
- фазовый сдвиг между ортогонально эллиптически поляризованными электромагнитными волнами в точке приема в направлении α, (λ - длина волны), Δ ϕ = 2 π d λ sin α
Figure 00000005
- phase shift between orthogonally elliptically polarized electromagnetic waves at the receiving point in the direction α, (λ is the wavelength),

полностью принимается всеполяризованной приемной антенной, после чего сигнал поступает на вход линейного поляризационного разделителя, орты собственной системы координат которого совпадают с осями плеч прямоугольных волноводов и ориентированы под углом θ=45° к плоскости измерений. Линейный поляризационный разделитель разделяет поступающую на его вход суммарную электромагнитную волну, на две линейные ортогональные по поляризации электромагнитные волны. В этом случае сигналы на выходах плеч линейного поляризационного разделителя, опуская временную зависимость сигналов, определяются с помощью преобразований [6]fully received by the all-polarized receiving antenna, after which the signal is fed to the input of a linear polarizing separator, the unit vectors of its own coordinate system coincide with the axes of the arms of the rectangular waveguides and are oriented at an angle θ = 45 ° to the measurement plane. A linear polarizing separator divides the total electromagnetic wave arriving at its input into two linear electromagnetic waves orthogonal in polarization. In this case, the signals at the outputs of the arms of the linear polarizing separator, omitting the time dependence of the signals, are determined using transformations [6]

E ˙ 1 = [ 1 0 0 0 ] [ cos θ sin θ sin θ cos θ ] [ cos ε + j sin ε e j Δ ϕ j sin ε + cos ε e j Δ ϕ ]

Figure 00000006
, E ˙ one = [ one 0 0 0 ] [ cos θ - sin θ sin θ cos θ ] [ cos ε + j sin ε e j Δ ϕ j sin ε + cos ε e j Δ ϕ ]
Figure 00000006
,

E ˙ 2 = [ 0 0 0 1 ] [ cos θ sin θ sin θ cos θ ] [ cos ε + j sin ε e j Δ ϕ j sin ε + cos ε e j Δ ϕ ]

Figure 00000007
, E ˙ 2 = [ 0 0 0 one ] [ cos θ - sin θ sin θ cos θ ] [ cos ε + j sin ε e j Δ ϕ j sin ε + cos ε e j Δ ϕ ]
Figure 00000007
,

где [ cos θ sin θ sin θ cos θ ]

Figure 00000008
- оператор перехода из декартового поляризационного базиса, в котором записаны векторы Джонса излучаемых волн, в систему координат поляризационного разделителя;Where [ cos θ - sin θ sin θ cos θ ]
Figure 00000008
- the transition operator from the Cartesian polarization basis, in which the Jones vectors of the emitted waves are recorded, into the coordinate system of the polarization separator;

[ 1 0 0 0 ]

Figure 00000009
- оператор поляризатора первого плеча линейного поляризационного разделителя; [ one 0 0 0 ]
Figure 00000009
- polarizer operator of the first shoulder of the linear polarizing separator;

[ 0 0 0 1 ]

Figure 00000010
- оператор поляризатора второго плеча линейного поляризационного разделителя. [ 0 0 0 one ]
Figure 00000010
- polarizer operator of the second shoulder of the linear polarizing separator.

После преобразований получим аналитические выражения для сигналов E ˙ 1

Figure 00000011
и E ˙ 2
Figure 00000012
на выходе линейного поляризационного разделителя вида:After the transformations, we obtain analytical expressions for the signals E ˙ one
Figure 00000011
and E ˙ 2
Figure 00000012
at the output of a linear polarizing separator of the form:

E ˙ 1 = cos θ cos ε + j cos θ sin ε e j Δ ϕ j sin θ sin ε sin θ cos ε e j Δ ϕ ,                        ( 5 )

Figure 00000013
E ˙ one = cos θ cos ε + j cos θ sin ε e j Δ ϕ - j sin θ sin ε - sin θ cos ε e j Δ ϕ , ( 5 )
Figure 00000013

E ˙ 2 = sin θ cos ε + j sin θ sin ε e j Δ ϕ + j cos θ sin ε + cos θ cos ε e j Δ ϕ ,                        ( 6 )

Figure 00000014
E ˙ 2 = sin θ cos ε + j sin θ sin ε e j Δ ϕ + j cos θ sin ε + cos θ cos ε e j Δ ϕ , ( 6 )
Figure 00000014

С выходов плеч линейного поляризационного разделителя сигналы, описываемые аналитическими выражениями (5) и (6), поступают на входы амплитудно-фазового дискриминатора. Причем сигнал E ˙ 1

Figure 00000015
поступает на вход разностного канала, а сигнал E ˙ 2
Figure 00000016
поступает на вход суммарного канала амплитудно-фазового дискриминатора. Амплитуды A1 и А2 сигналов E ˙ 1
Figure 00000017
и E ˙ 2
Figure 00000018
на входе амплитудно-фазового дискриминатора имеют вид [6]From the outputs of the arms of the linear polarizing separator, the signals described by the analytical expressions (5) and (6) are fed to the inputs of the amplitude-phase discriminator. Moreover, the signal E ˙ one
Figure 00000015
arrives at the input of the difference channel, and the signal E ˙ 2
Figure 00000016
arrives at the input of the total channel of the amplitude-phase discriminator. Amplitudes A 1 and A 2 signals E ˙ one
Figure 00000017
and E ˙ 2
Figure 00000018
at the input of the amplitude-phase discriminator have the form [6]

A 1 = 1 sin 2 ε cos 2 θ sin Δ ϕ sin 2 θ cos Δ ϕ ,                                            ( 7 )

Figure 00000019
A one = one - sin 2 ε cos 2 θ sin Δ ϕ - sin 2 θ cos Δ ϕ , ( 7 )
Figure 00000019

A 2 = 1 + sin 2 ε cos 2 θ sin Δ ϕ + sin 2 θ cos Δ ϕ .                                            ( 8 )

Figure 00000020
A 2 = one + sin 2 ε cos 2 θ sin Δ ϕ + sin 2 θ cos Δ ϕ . ( 8 )
Figure 00000020

Из анализа (7) и (8) видно, что амплитуды A1 и A2 сигналов E ˙ 1

Figure 00000021
и E ˙ 2
Figure 00000018
на входе амплитудно-фазового дискриминатора зависят не только от измеряемого параметра разности фаз Δφ, но и от угла эллиптичности ε излучаемых электромагнитных волн и от угла ориентации θ собственной системы координат линейного поляризационного разделителя относительно плоскости измерений. При θ=45° амплитуды A1 и A2, а также фазы ψ1 и ψ2 сигналов E ˙ 1
Figure 00000022
и E ˙ 2
Figure 00000023
на входе амплитудно-фазового дискриминатора имеют вид [6]From the analysis of (7) and (8) it can be seen that the amplitudes A 1 and A 2 of the signals E ˙ one
Figure 00000021
and E ˙ 2
Figure 00000018
at the input of the amplitude-phase discriminator, they depend not only on the measured parameter of the phase difference Δφ, but also on the ellipticity angle ε of the emitted electromagnetic waves and on the orientation angle θ of the intrinsic coordinate system of the linear polarizing separator relative to the measurement plane. At θ = 45 °, the amplitudes A 1 and A 2 , as well as the phases ψ 1 and ψ 2 of the signals E ˙ one
Figure 00000022
and E ˙ 2
Figure 00000023
at the input of the amplitude-phase discriminator have the form [6]

A 1 = 1 cos Δ ϕ ,             ( 9 )

Figure 00000024
A one = one - cos Δ ϕ , ( 9 )
Figure 00000024
ψ 1 = π 2 2 ε Δ ϕ 2 ,              ( 11 )
Figure 00000025
ψ one = π 2 - 2 ε - Δ ϕ 2 , ( eleven )
Figure 00000025

A 2 = 1 + cos Δ ϕ ,             ( 10 )

Figure 00000026
A 2 = one + cos Δ ϕ , ( 10 )
Figure 00000026
ψ 2 = 2 ε + Δ ϕ 2 ,              ( 12 )
Figure 00000027
ψ 2 = 2 ε + Δ ϕ 2 , ( 12 )
Figure 00000027

а их разность фаз имеет видand their phase difference has the form

Δ ψ = ψ 1 ψ 2 = π 2 2 ε .                                  ( 13 )

Figure 00000028
Δ ψ = ψ one - ψ 2 = π 2 - 2 ε . ( 13 )
Figure 00000028

Таким образом, при θ=45° амплитуды A1 и A2 зависят только от измеряемого параметра разности фаз Δφ между принимаемыми на подвижном объекте ортогонально эллиптически поляризованными электромагнитными волнами от первой и второй передающих антенн и не зависят от угла эллиптичности ε этих волн. В то же время разность фаз Δψ между сигналами E ˙ 1

Figure 00000021
и E ˙ 2
Figure 00000018
на входе амплитудно-фазового дискриминатора постоянна и, наоборот, определяется только углом эллиптичности ε излучаемых ортогонально поляризованных электромагнитных волн и не зависит от измеряемого параметра разности фаз Δφ.Thus, at θ = 45 °, the amplitudes A 1 and A 2 depend only on the measured parameter of the phase difference Δφ between the orthogonally elliptically polarized electromagnetic waves received on the moving object from the first and second transmitting antennas and are independent of the ellipticity angle ε of these waves. At the same time, the phase difference Δψ between the signals E ˙ one
Figure 00000021
and E ˙ 2
Figure 00000018
at the input of the amplitude-phase discriminator is constant and, conversely, is determined only by the ellipticity angle ε of the emitted orthogonally polarized electromagnetic waves and is independent of the measured phase difference parameter Δφ.

Для обеспечения нормальной работы амплитудно-фазового дискриминатора необходимо, как отмечается в [6], чтобы разность фаз между сигналами, поступающими на его вход, была равна 90°, а амплитуды A1 и А2 сигналов E ˙ 1

Figure 00000021
и E ˙ 2
Figure 00000018
определялись выражениями (9) и (10). Из анализа (13) видно, что для передающих антенн, излучающих линейно ортогонально поляризованные электромагнитные волны с углом эллиптичности ε=0°, это условие выполняется. В случае, если передающие антенны излучают в общем случае ортогонально эллиптические поляризованные электромагнитные волны с углом эллиптичности ε, то, как следует из (13), их разность фаз отличается от 90° на величину, равную удвоенному углу эллиптичности ε излучаемых электромагнитных волн. В этом случае необходимо излучать электромагнитные волны с равной амплитудой и длиной волны, но с начальной разностью фаз, равной удвоенному углу эллиптичности ε [6].To ensure the normal operation of the amplitude-phase discriminator, it is necessary, as noted in [6], that the phase difference between the signals arriving at its input is equal to 90 °, and the amplitudes A 1 and A 2 of the signals E ˙ one
Figure 00000021
and E ˙ 2
Figure 00000018
were determined by expressions (9) and (10). From analysis (13), it is seen that for transmitting antennas emitting linearly orthogonally polarized electromagnetic waves with an ellipticity angle ε = 0 °, this condition is satisfied. If transmitting antennas emit generally orthogonally elliptical polarized electromagnetic waves with an ellipticity angle ε, then, as follows from (13), their phase difference differs from 90 ° by an amount equal to twice the ellipticity angle ε of the emitted electromagnetic waves. In this case, it is necessary to radiate electromagnetic waves with equal amplitude and wavelength, but with an initial phase difference equal to twice the ellipticity angle ε [6].

В амплитудно-фазовом дискриминаторе происходит преобразование по частоте и усиление с учетом работы автоматической регулировки усиления, осуществляющей на промежуточной частоте нормировку сигналов E ˙ 1

Figure 00000021
и E ˙ 2
Figure 00000018
относительно сигнала E ˙ 2
Figure 00000018
. В результате на выходе амплитудно-фазового дискриминатора формируется выходное напряжение, знак которого учитывает знак разности фаз Δφ сравниваемых сигналов E ˙ 1
Figure 00000021
и E ˙ 2
Figure 00000018
, пропорциональное отношению вида [6]In the amplitude-phase discriminator, frequency conversion and amplification takes place, taking into account the work of automatic gain control, normalizing the signals at an intermediate frequency E ˙ one
Figure 00000021
and E ˙ 2
Figure 00000018
regarding signal E ˙ 2
Figure 00000018
. As a result, an output voltage is formed at the output of the amplitude-phase discriminator, the sign of which takes into account the sign of the phase difference Δφ of the compared signals E ˙ one
Figure 00000021
and E ˙ 2
Figure 00000018
proportional to the relation of the form [6]

S ( α ) = k A 1 A 2 = k t g Δ ϕ 2 ,                                                    ( 14 )

Figure 00000029
S ( α ) = k A one A 2 = k t g Δ ϕ 2 , ( fourteen )
Figure 00000029

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от идентичности амплитудно- и фазо-частотных характеристик приемных каналов.where k is the coefficient of proportionality, depending on the identity of the amplitude and phase-frequency characteristics of the receiving channels.

Полагая k=1 из (14) следует, чтоSetting k = 1 from (14) it follows that

Δ ϕ = ± 2 a r c t g A 1 A 2 ± n 2 π ,                                                             ( 15 )

Figure 00000030
Δ ϕ = ± 2 a r c t g A one A 2 ± n 2 π , ( fifteen )
Figure 00000030

где n=0, 1, 2, ….where n = 0, 1, 2, ....

С выхода амплитудно-фазового дискриминатора сигнал поступает на вычислитель, где с учетом (1) и (15), производится операция расчета пеленга а подвижного объекта по формулеFrom the output of the amplitude-phase discriminator, the signal goes to the computer, where, taking into account (1) and (15), the operation of calculating the bearing and the moving object by the formula

α = arcsin [ λ π d ( ± a r c t g A 1 A 2 ± n π ) ] .                                                 ( 16 )

Figure 00000031
α = arcsin [ λ π d ( ± a r c t g A one A 2 ± n π ) ] . ( 16 )
Figure 00000031

Зависимость измеряемого отношения A1/A2 (14) от угловой координаты α подвижного объекта, по сути, является пеленгационной характеристикой угломерного устройства. Пользуясь соотношением (14) с учетом (1), полагая k=1, можно показать, что крутизна пеленгационной характеристики в точке α=0 определяется соотношениемThe dependence of the measured ratio A 1 / A 2 (14) on the angular coordinate α of the moving object, in fact, is the direction-finding characteristic of the goniometer. Using relation (14) taking into account (1), setting k = 1, we can show that the steepness of the direction-finding characteristic at the point α = 0 is determined by the relation

μ ( α ) = | d S ( α ) d α | α = 0 = | d d α t g ( π d λ sin α ) | α = 0 = π d λ .                                    ( 17 )

Figure 00000032
μ ( α ) = | | | d S ( α ) d α | | | α = 0 = | | | d d α t g ( π d λ sin α ) | | | α = 0 = π d λ . ( 17 )
Figure 00000032

Таким образом, крутизна пеленгационной характеристики а, следовательно, и точность пеленгования растут с увеличением отношения d / λ

Figure 00000033
.Thus, the steepness of the direction finding characteristic and, consequently, the direction finding accuracy increase with increasing ratio d / λ
Figure 00000033
.

Недостатком этой радионавигационной системы является низкая точность измерений пеленга α подвижного объекта, находящегося на равносигнальном направлении и направлениях, близких к равносигнальному. Этот недостаток обусловлен низкой крутизной пеленгационной характеристики в указанных направлениях, при фиксированном отношении d/λ.The disadvantage of this radio navigation system is the low measurement accuracy of the bearing α of a moving object located in the same-signal direction and directions close to the equal-signal one. This disadvantage is due to the low steepness of the direction-finding characteristic in these directions, with a fixed ratio d / λ.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема радионавигационной системы для измерения пеленга подвижного объекта.Figure 1 presents the structural electrical diagram of a radio navigation system for measuring bearing of a moving object.

Радионавигационная система содержит передатчик 1, передающие антенны 2 и 3, расположенные в точках с известными координатами и разнесенные в плоскости измерений на расстоянии d друг от друга, на борту подвижного объекта радионавигационная система содержит приемную всеполяризованную антенну 4, линейный поляризационный разделитель 5, коаксильно-волноводные переходы 6 и 7, суммарно-разностный блок 8, фазовый угловой дискриминатор 9 и вычислитель 10.The radionavigation system contains a transmitter 1, transmitting antennas 2 and 3, located at points with known coordinates and spaced apart in the measurement plane at a distance d from each other, on board a moving object, the radionavigation system contains a receiving all-polarized antenna 4, a linear polarizing separator 5, coaxial waveguide transitions 6 and 7, the sum-difference block 8, the phase angular discriminator 9 and the calculator 10.

На фиг.2 представлена структурная электрическая схема фазового углового дискриминатора 9, включающего в себя первый смеситель частоты 11, второй смеситель частоты 12, фазовращатель на π/2 13, гетеродин 14, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) с ограничением по амплитуде 15, второй УПЧ с ограничением по амплитуде 16, фазовый детектор 17.Figure 2 presents the structural electric diagram of the phase angular discriminator 9, which includes the first frequency mixer 11, the second frequency mixer 12, phase shifter π / 2 13, local oscillator 14, the first intermediate frequency amplifier (IFA) with an amplitude limitation of 15, the second Amplifier with limited amplitude 16, phase detector 17.

Радионавигационная система работает следующим образом.The radio navigation system operates as follows.

Передатчик 1, через подключенные к нему двумя передающими антеннами 2 и 3 излучает электромагнитные волны соответственно с горизонтальной и вертикальной ориентациями плоскости поляризации с равными амплитудами, фазами и длинами волн.The transmitter 1, through two transmitting antennas 2 and 3 connected to it, emits electromagnetic waves, respectively, with horizontal and vertical orientations of the plane of polarization with equal amplitudes, phases and wavelengths.

На подвижном объекте суммарная электромагнитная волна, вектор Джонса которой в направлении α в декартовом поляризационном базисе, с учетом (4), при условии ε=0°, имеет вид:On a moving object, the total electromagnetic wave, the Jones vector of which in the direction α in the Cartesian polarization basis, taking into account (4), subject to ε = 0 °, has the form:

E ˙ Σ = [ 1 e j Δ ϕ ] ,                                               ( 18 )

Figure 00000034
E ˙ Σ = [ one e j Δ ϕ ] , ( eighteen )
Figure 00000034

где Δ ϕ = 2 π d λ sin α

Figure 00000035
- фазовый сдвиг между ортогонально линейно поляризованными электромагнитными волнами в точке приема в направлении α, (λ - длина волны),Where Δ ϕ = 2 π d λ sin α
Figure 00000035
- phase shift between orthogonally linearly polarized electromagnetic waves at the receiving point in the direction α, (λ is the wavelength),

полностью принимается всеполяризованной антенной 4 и поступает на вход линейного поляризационного разделителя 5, орты собственной системы координат которого совпадают с осями плеч ортогонально расположенных по отношению друг к другу прямоугольных волноводов и ориентированы, в общем случае, под углом θ с плоскостью измерений.fully accepted by the all-polarized antenna 4 and fed to the input of the linear polarizing separator 5, the unit vectors of its own coordinate system coincide with the axes of the shoulders of rectangular waveguides orthogonally located with respect to each other and are oriented, in general, at an angle θ with the measurement plane.

Тогда ортогонально линейно поляризованные сигналы на выходах плеч линейного поляризационного разделителя 5, опуская временную зависимость сигналов, определяются с помощью преобразований вида:Then the orthogonally linearly polarized signals at the outputs of the arms of the linear polarizing separator 5, omitting the time dependence of the signals, are determined using transformations of the form:

E ˙ 1 = [ 1 0 0 0 ] [ cos θ sin θ sin θ cos θ ] [ 1 e j Δ ϕ ] ,                                    ( 19 )

Figure 00000036
E ˙ one = [ one 0 0 0 ] [ cos θ - sin θ sin θ cos θ ] [ one e j Δ ϕ ] , ( 19 )
Figure 00000036

E ˙ 2 = [ 0 0 0 1 ] [ cos θ sin θ sin θ cos θ ] [ 1 e j Δ ϕ ] ,                                       ( 20 )

Figure 00000037
E ˙ 2 = [ 0 0 0 one ] [ cos θ - sin θ sin θ cos θ ] [ one e j Δ ϕ ] , ( twenty )
Figure 00000037

где [ cos θ sin θ sin θ cos θ ]

Figure 00000038
- оператор перехода из декартового поляризационного базиса, в котором записаны векторы Джонса излучаемых волн, в систему координат поляризационного разделителя;Where [ cos θ - sin θ sin θ cos θ ]
Figure 00000038
- the transition operator from the Cartesian polarization basis, in which the Jones vectors of the emitted waves are recorded, into the coordinate system of the polarization separator;

[ 1 0 0 0 ]

Figure 00000039
- оператор поляризатора первого плеча линейного поляризационного разделителя; [ one 0 0 0 ]
Figure 00000039
- polarizer operator of the first shoulder of the linear polarizing separator;

[ 0 0 0 1 ]

Figure 00000040
- оператор поляризатора второго плеча линейного поляризационного разделителя. [ 0 0 0 one ]
Figure 00000040
- polarizer operator of the second shoulder of the linear polarizing separator.

После преобразований получим аналитические выражения для сигналов E ˙ 1

Figure 00000041
и E ˙ 2
Figure 00000042
на выходе линейного поляризационного разделителя 5 вида:After the transformations, we obtain analytical expressions for the signals E ˙ one
Figure 00000041
and E ˙ 2
Figure 00000042
at the output of the linear polarizing separator 5 of the form:

E ˙ 1 = cos θ sin θ e j Δ ϕ ,                                                   ( 21 )

Figure 00000043
E ˙ one = cos θ - sin θ e j Δ ϕ , ( 21 )
Figure 00000043

E ˙ 2 = sin θ + cos θ e j Δ ϕ .                                                   ( 22 )

Figure 00000044
E ˙ 2 = sin θ + cos θ e j Δ ϕ . ( 22 )
Figure 00000044

С выходов плеч линейного поляризационного разделителя 5, ориентированного под углом θ=45° к плоскости измерений, сигналы E ˙ 1

Figure 00000041
и E ˙ 2
Figure 00000042
, через соответствующие им коаксиально-волноводные переходы 6 и 7 поступают на входы суммарно-разностного блока 8 и имеют видFrom the outputs of the shoulders of the linear polarizing separator 5, oriented at an angle θ = 45 ° to the measurement plane, the signals E ˙ one
Figure 00000041
and E ˙ 2
Figure 00000042
, through the corresponding coaxial-waveguide transitions 6 and 7 arrive at the inputs of the total-difference block 8 and have the form

E ˙ 1 = 2 2 ( 1 e j Δ ϕ ) ,                                                       ( 23 )

Figure 00000045
E ˙ one = 2 2 ( one - e j Δ ϕ ) , ( 23 )
Figure 00000045

E ˙ 2 = 2 2 ( 1 + e j Δ ϕ ) .                                                       ( 24 )

Figure 00000046
E ˙ 2 = 2 2 ( one + e j Δ ϕ ) . ( 24 )
Figure 00000046

Соответственно амплитуды A1 и А2, а также фазы ψ1 и ψ2 сигналов E ˙ 1

Figure 00000047
и E ˙ 2
Figure 00000048
на входе суммарно-разностного блока 8 имеют вид:Accordingly, the amplitudes A 1 and A 2 , as well as the phases ψ 1 and ψ 2 of the signals E ˙ one
Figure 00000047
and E ˙ 2
Figure 00000048
at the input of the total-difference block 8 are:

A 1 = 1 cos Δ ϕ ,             ( 25 )

Figure 00000049
A one = one - cos Δ ϕ , ( 25 )
Figure 00000049
ψ 1 = a r c t g sin Δ ϕ 1 cos Δ ϕ ,              ( 26 )
Figure 00000050
ψ one = - a r c t g sin Δ ϕ one - cos Δ ϕ , ( 26 )
Figure 00000050

A 2 = 1 + cos Δ ϕ ,             ( 27 )

Figure 00000051
A 2 = one + cos Δ ϕ , ( 27 )
Figure 00000051
ψ 2 = a r c t g sin Δ ϕ 1 + cos Δ ϕ ,              ( 28 )
Figure 00000052
ψ 2 = a r c t g sin Δ ϕ one + cos Δ ϕ , ( 28 )
Figure 00000052

а их разность фаз, после преобразований имеет вид:and their phase difference, after transformations, has the form:

Δ ψ = ψ 1 ψ 2 = π 2 .                                                                   ( 29 )

Figure 00000053
Δ ψ = ψ one - ψ 2 = π 2 . ( 29th )
Figure 00000053

Из анализа (25) и (27) следует, что при θ=45° амплитуды сигналов E ˙ 1

Figure 00000047
и E ˙ 2
Figure 00000048
на входе суммарно-разностного блока 8 зависят только от измеряемого параметра разности фаз Δφ между принимаемыми на борту подвижного объекта ортогонально линейно поляризованными электромагнитными волнами от передающих антенн 2 и 3.From the analysis of (25) and (27) it follows that at θ = 45 ° the signal amplitudes E ˙ one
Figure 00000047
and E ˙ 2
Figure 00000048
at the input of the sum-difference block 8, they depend only on the measured parameter of the phase difference Δφ between the orthogonally linearly polarized electromagnetic waves from the transmitting antennas 2 and 3 received on board the moving object.

В то же время, из анализа (29) видно, что разность фаз Δφ между сигналами E ˙ 1

Figure 00000047
и E ˙ 2
Figure 00000048
на входе суммарно-разностного блока 8 постоянна и, наоборот, не зависит от измеряемого параметра разности фаз Δφ.At the same time, analysis of (29) shows that the phase difference Δφ between the signals E ˙ one
Figure 00000047
and E ˙ 2
Figure 00000048
at the input of the total-difference block 8 is constant and, conversely, does not depend on the measured parameter of the phase difference Δφ.

На выходах суммарно-разностного блока 8 формируются нормированные, с точностью до постоянного коэффициента 1 / 2

Figure 00000054
, суммарный E ˙ Σ
Figure 00000055
и разностный E ˙ Δ
Figure 00000056
сигналы вида:The outputs of the total-difference block 8 are formed normalized, accurate to a constant coefficient one / 2
Figure 00000054
total E ˙ Σ
Figure 00000055
and differential E ˙ Δ
Figure 00000056
signals of the form:

E ˙ Σ = 1 2 ( E ˙ 1 + E ˙ 2 ) ,            ( 30 )

Figure 00000057
и E ˙ Δ = 1 2 ( E ˙ 1 E ˙ 2 ) .              ( 31 )
Figure 00000058
E ˙ Σ = one 2 ( E ˙ one + E ˙ 2 ) , ( thirty )
Figure 00000057
and E ˙ Δ = one 2 ( E ˙ one - E ˙ 2 ) . ( 31 )
Figure 00000058

Подставляя (23) и (24) в (30) и (31) и вводя, для наглядности представлений, временную зависимость сигналов, получим аналитические выражения для суммарного E ˙ Σ

Figure 00000055
и разностного E ˙ Δ
Figure 00000056
сигналов на выходе суммарно-разностного блока 8 вида:Substituting (23) and (24) in (30) and (31) and introducing, for clarity of representations, the time dependence of the signals, we obtain analytical expressions for the total E ˙ Σ
Figure 00000055
and difference E ˙ Δ
Figure 00000056
signals at the output of the total-difference block 8 of the form:

E ˙ Σ = 1 e j ω t ,            ( 32 )

Figure 00000059
и E ˙ Δ = 1 e j ( ω t + Δ ϕ ) .              ( 33 )
Figure 00000060
E ˙ Σ = one e j ω t , ( 32 )
Figure 00000059
and E ˙ Δ = - one e j ( ω t + Δ ϕ ) . ( 33 )
Figure 00000060

Соответственно амплитуды AΣ и AΔ суммарного E ˙ Σ

Figure 00000055
и разностного E ˙ Δ
Figure 00000056
сигналов и их разность фаз ψΔΣ имеют вид:Accordingly, the amplitudes A Σ and A Δ of the total E ˙ Σ
Figure 00000055
and difference E ˙ Δ
Figure 00000056
signals and their phase difference ψ ΔΣ have the form:

A Σ = A Δ = 1,                                                               ( 34 )

Figure 00000061
A Σ = A Δ = one, ( 34 )
Figure 00000061

и их разность фазand their phase difference

ψ Δ ψ Σ = ± a r c t g t g Δ ϕ ± n π ,                                           ( 35 )

Figure 00000062
ψ Δ - ψ Σ = ± a r c t g t g Δ ϕ ± n π , ( 35 )
Figure 00000062

где n=0, 1, 2, …,where n = 0, 1, 2, ...,

или, после преобразований, с учетом n=0 получимor, after transformations, taking into account n = 0, we obtain

ψ Δ ψ Σ = ± Δ ϕ .                                                               ( 36 )

Figure 00000063
ψ Δ - ψ Σ = ± Δ ϕ . ( 36 )
Figure 00000063

Из анализа (34) и (36) следует, что при ориентации линейного поляризационного разделителя 5 под углом θ=45° к плоскости измерений, амплитуды АΣ и АΔ суммарного E ˙ Σ

Figure 00000055
и разностного E ˙ Δ
Figure 00000056
выходных сигналов суммарно-разностного блока 8 постоянны и равны между собой (34) и не зависят от углового положения подвижного объекта. В то же время разность фаз ψΔΣ между разностным E ˙ Δ
Figure 00000056
и суммарным E ˙ Σ
Figure 00000064
сигналами на выходе суммарно-разностного блока 8, наоборот определяется угловым положением подвижного объекта и совпадает с измеряемой разностью фаз Δφ между принимаемыми ортогонально линейно поляризованными электромагнитными волнами и связаны между собой соотношением (36).From the analysis of (34) and (36) it follows that when the linear polarizing separator 5 is oriented at an angle θ = 45 ° to the measurement plane, the amplitudes A Σ and A Δ of the total E ˙ Σ
Figure 00000055
and difference E ˙ Δ
Figure 00000056
the output signals of the total-difference block 8 are constant and equal to each other (34) and do not depend on the angular position of the moving object. At the same time, the phase difference ψ ΔΣ between the difference E ˙ Δ
Figure 00000056
and total E ˙ Σ
Figure 00000064
signals at the output of the sum-difference block 8, on the contrary, is determined by the angular position of the moving object and coincides with the measured phase difference Δφ between the received orthogonally linearly polarized electromagnetic waves and are interconnected by relation (36).

С выходов суммарно-разностного блока 8 суммарный E ˙ Σ

Figure 00000064
и разностный E ˙ Δ
Figure 00000056
сигналы, описываемые аналитическими выражениями (32) и (33) с параметрами (34) и (36) поступают на входы фазового углового дискриминатора 9 (см. фиг.2), т.е. поступают соответственно на первые входы смесителей частоты 11 и 12, а на их вторые входы поступает сигнал с выхода гетеродина 14. После чего, сигнал с выхода первого смесителя частоты 11 через фазовращатель на 90° 13 поступает на вход первого УПЧ с ограничением по амплитуде 15, а сигнал с выхода второго смесителя частоты 12 поступает на вход второго УПЧ с ограничением по амплитуде 16. В УПЧ 15 и 16, имеющих идентичные амплитудно-фазочастотные характеристики, осуществляется усиление сигналов промежуточной частоты, а также производится их нормировка за счет амплитудного ограничения усиливаемых сигналов промежуточной частоты с порогом ограничения U0. Затем выходной сигнал УПЧ 15 поступает на первый вход фазового детектора 17, а выходной сигнал УПЧ 16 поступает на второй вход фазового детектора 17. На выходе фазового детектора 17 формируется сигнал пропорциональный синусу разности фаз ψΔΣ входных сигналов и имеет вид:From the outputs of the total differential block 8 total E ˙ Σ
Figure 00000064
and differential E ˙ Δ
Figure 00000056
the signals described by analytical expressions (32) and (33) with parameters (34) and (36) are fed to the inputs of the phase angular discriminator 9 (see Fig. 2), i.e. respectively, are fed to the first inputs of the frequency mixers 11 and 12, and a signal from the output of the local oscillator 14 is received at their second inputs. After that, the signal from the output of the first frequency mixer 11 through the phase shifter is 90 ° 13 fed to the input of the first amplifier with a limit of amplitude 15, and the signal from the output of the second frequency mixer 12 is fed to the input of the second amplifier with a limitation of amplitude 16. In the amplifiers 15 and 16, which have identical amplitude-phase-frequency characteristics, the signals of the intermediate frequency are amplified, and their normalization They score clipping the amplified intermediate frequency signal to a threshold limit U 0. Then, the output signal of the amplifier 15 is supplied to the first input of the phase detector 17, and the output signal of the amplifier 16 is fed to the second input of the phase detector 17. At the output of the phase detector 17, a signal is generated proportional to the sine of the phase difference ψ ΔΣ of the input signals and has the form:

S ( α ) = U 0 sin ( ψ Δ ψ Σ ) ,                                                        ( 37 )

Figure 00000065
S ( α ) = U 0 sin ( ψ Δ - ψ Σ ) , ( 37 )
Figure 00000065

или с учетом (36)or considering (36)

S ( α ) = U 0 sin Δ ϕ ,                                                                 ( 38 )

Figure 00000066
S ( α ) = U 0 sin Δ ϕ , ( 38 )
Figure 00000066

где U0=const.where U 0 = const.

Производя нормировку (38) S ( α ) / U 0

Figure 00000067
и подставляя из (18) значение Δφ в (38) получим выражение для пеленгационной характеристики вида:Normalizing (38) S ( α ) / U 0
Figure 00000067
and substituting the value Δφ into (38) from (18), we obtain the expression for the direction-finding characteristic of the form:

S ( α ) U 0 = sin ( 2 π d λ sin α ) .                                                            ( 39 )

Figure 00000068
S ( α ) U 0 = sin ( 2 π d λ sin α ) . ( 39 )
Figure 00000068

При малых значениях α, полагая U0=1, зависимость (39) имеет приближенно линейный характер:For small values of α, assuming U 0 = 1, dependence (39) has an approximately linear character:

S ( α ) U 0 2 π d λ α .                                                                       ( 40 )

Figure 00000069
S ( α ) U 0 2 π d λ α . ( 40 )
Figure 00000069

Таким образом, по сигналу с выхода фазового детектора 17 можно определить величину и знак угла отклонения α от перпендикуляра, восстановленного к середине базы d, образованной передающими антеннами 2 и 3.Thus, by the signal from the output of the phase detector 17, it is possible to determine the value and sign of the angle of deviation α from the perpendicular restored to the middle of the base d formed by the transmitting antennas 2 and 3.

Найдя производную нормированного выходного сигнала фазового детектора 17 S ( α ) / U 0

Figure 00000070
в точке α=0°, получим выражение для крутизны пеленгационной характеристики вида:Finding the derivative of the normalized output signal of the phase detector 17 S ( α ) / U 0
Figure 00000070
at the point α = 0 °, we obtain the expression for the steepness of the direction-finding characteristic of the form:

μ ( α ) = | d ( S ( α ) ) / U 0 d α | α = 0 = | d d α sin ( 2 π d λ sin α ) | α = 0 = 2 π d λ .                                    ( 41 )

Figure 00000071
μ ( α ) = | | | d ( S ( α ) ) / U 0 d α | | | α = 0 = | | | d d α sin ( 2 π d λ sin α ) | | | α = 0 = 2 π d λ . ( 41 )
Figure 00000071

Из (41) следует, что крутизна пеленгационной характеристики, а, следовательно и точность пеленгования растут с увеличением отношения d / λ

Figure 00000072
.It follows from (41) that the steepness of the direction-finding characteristic, and, consequently, the direction-finding accuracy increase with increasing ratio d / λ
Figure 00000072
.

С выхода фазового детектора 17 сигнал поступает в вычислитель 10, где по измеренной разности фаз ψΔΣ между разностным E ˙ Δ

Figure 00000056
и суммарным E ˙ Σ
Figure 00000064
выходными сигналами суммарно-разностного блока 8, с учетом (37) и (18), рассчитывается пеленг α подвижного объекта в заданной системе координат и при заданном отношении d / λ
Figure 00000073
, по формуле:From the output of the phase detector 17, the signal enters the calculator 10, where according to the measured phase difference ψ ΔΣ between the difference E ˙ Δ
Figure 00000056
and total E ˙ Σ
Figure 00000064
the output signals of the total-difference unit 8, taking into account (37) and (18), the bearing α of the moving object is calculated in a given coordinate system and for a given ratio d / λ
Figure 00000073
, according to the formula:

α = arcsin { λ 2 π d [ ± ( ψ Δ ψ Σ ) ± n π ] } ,                                                ( 42 )

Figure 00000074
α = arcsin { λ 2 π d [ ± ( ψ Δ - ψ Σ ) ± n π ] } , ( 42 )
Figure 00000074

где n=0, 1, 2, ….where n = 0, 1, 2, ....

Проведем сравнительный анализ точности измерений пеленга α подвижного объекта между устройством прототипом и заявляемой радионавигационной системой.Let us conduct a comparative analysis of the accuracy of measurements of the bearing α of a moving object between the prototype device and the claimed radio navigation system.

Из сравнительного анализа (17) и (41) следует, что когда подвижный объект находится на равносигнальном направлении, или на направлениях близких к равносигнальному, крутизна пеленгационной характеристики в заявляемой радионавигационной системе, при одном и том же отношении d/λ, в два раза выше, чем у устройства прототипа. А поскольку известно [1, 7], что при одном и том же отношении сигнал/шум на входе приемных каналов ошибка пеленгования δα связана с крутизной пеленгационной характеристики µ соотношением [7]:From a comparative analysis of (17) and (41), it follows that when a moving object is on an equal-signal direction, or in directions close to an equal-signal direction, the steepness of the direction-finding characteristic in the inventive radionavigation system, for the same d / λ ratio, is two times higher than the prototype device. And since it is known [1, 7] that, for the same signal-to-noise ratio at the input of the receiving channels, the direction finding error δ α is related to the steepness of the direction-finding characteristic µ by the ratio [7]:

δ α = 1 μ ,                                                                               ( 43 )

Figure 00000075
δ α = one μ , ( 43 )
Figure 00000075

то увеличение ее крутизны в два раза снижает ошибку пеленгования δα соответственно в два раза и тем самым обеспечивается более высокая точность измерений пеленга α.then an increase in its slope by half reduces the direction finding error δ α, respectively, by a factor of two, and thereby provides a higher accuracy of measurements of bearing α.

Повышение точности измерений пеленга α подвижного объекта на указанных направлениях достигается за счет применения суммарно-разностной обработки сигналов на выходе линейного поляризационного разделителя, ориентированного под углом 45° к плоскости измерений.Improving the accuracy of measurements of the bearing α of a moving object in these directions is achieved through the use of total-difference signal processing at the output of a linear polarizing separator oriented at an angle of 45 ° to the measurement plane.

Проводя сравнительный анализ выражений (25) и (29) с соответствующими выражениями (34) и (36) видим, что суммарно-разностная обработка сигналов, позволяет преобразовать угловую информацию о подвижном объекте, которая в устройстве прототипе содержится в амплитудных соотношениях (25) и (27) сигналов на выходе линейного поляризационного разделителя, в фазовые соотношения сигналов (36) на выходе суммарно-разностного блока в заявляемой радионавигационной системе. При этом пеленгационная характеристика (14) преобразовывается в пеленгационную характеристику (37). Причем эти преобразования осуществляются на высокой частоте до входов приемных каналов с использованием пассивных элементов в виде коаксиальных линий из-за их простоты и стабильности характеристик. Кроме того, использование суммарно-разностной обработки выходных сигналов линейного поляризационного разделителя на высокой частоте позволяет, так же как и в фазовых суммарно-разностных моноимпульсных системах [1, 7] предъявлять менее жесткие требования к идентичности амплитудно-фазовых характеристик приемных каналов, по сравнению с прямым измерением разности фаз Δφ. При этом необходимо так же отметить, что суммарно-разностная обработка осуществляется на выходе линейного поляризационного разделителя, ориентированного, так же как в прототипе, под углом 45° к плоскости измерений. Это обстоятельство позволяет обеспечить комплексные независимые измерения пеленга α за счет одновременного использования как амплитудных отношений (25) и (27) сигналов на выходе линейного поляризационного разделителя, так и использования фазовых соотношений (36) сигналов на выходе суммарно-разностного блока, что, безусловно, повысит точность и достоверность получаемой навигационной информации.Conducting a comparative analysis of expressions (25) and (29) with the corresponding expressions (34) and (36) we see that the total-difference signal processing allows you to convert the angular information about the moving object, which is contained in the prototype device in the amplitude relationships (25) and (27) the signals at the output of the linear polarizing separator, into the phase relationships of the signals (36) at the output of the total-difference block in the inventive radio navigation system. In this case, the direction-finding characteristic (14) is transformed into the direction-finding characteristic (37). Moreover, these transformations are carried out at a high frequency to the inputs of the receiving channels using passive elements in the form of coaxial lines due to their simplicity and stability of characteristics. In addition, the use of sum-difference processing of the output signals of the linear polarization separator at a high frequency allows, as in phase sum-difference monopulse systems [1, 7], to impose less stringent requirements on the identity of the amplitude-phase characteristics of the receiving channels, compared to direct measurement of the phase difference Δφ. It should also be noted that the total-difference processing is carried out at the output of the linear polarizing separator, oriented, as in the prototype, at an angle of 45 ° to the measurement plane. This circumstance makes it possible to provide complex independent measurements of the bearing α due to the simultaneous use of both the amplitude ratios (25) and (27) of the signals at the output of the linear polarizing separator, and the use of phase relations (36) of the signals at the output of the sum-difference block, which, of course, will increase the accuracy and reliability of the received navigation information.

В 3-см диапазоне волн заявляемая радионавигационная система может быть реализована следующим образом.In the 3 cm wavelength range, the inventive radio navigation system can be implemented as follows.

В качестве передатчика 1 может быть использован, например, стандартный генератор высокочастотных колебаний типа ГЧ-83, к выходу которого подключен делитель мощности, выполненный в виде двойного волноводного Т-образного разветвителя [8]. Причем первый выход разветвителя подключен к передающей антенне 2, а его второй выход подключен через отрезок скрученного на 90° прямоугольного волновода к передающей антенне 3.As the transmitter 1 can be used, for example, a standard generator of high-frequency oscillations of the type ГЧ-83, the output of which is connected to a power divider made in the form of a double waveguide T-shaped splitter [8]. Moreover, the first output of the splitter is connected to the transmitting antenna 2, and its second output is connected through a segment of a rectangular waveguide twisted by 90 ° to the transmitting antenna 3.

В качестве передающих антенн 2 и 3 может быть использована рупорная антенна [9].As transmitting antennas 2 and 3, a horn antenna can be used [9].

Приемная всеполяризованная антенна 4 может быть выполнена в виде круглого рупора [8].The receiving all-polarized antenna 4 can be made in the form of a round horn [8].

Линейный поляризационный разделитель 5 выполнен в виде волновода круглого сечения с переходом на два ортогонально расположенных волноводов прямоугольного сечения [10].The linear polarizing separator 5 is made in the form of a circular waveguide with a transition to two orthogonally located rectangular waveguides [10].

Суммарно-разностный блок 8 выполнен на коаксиальных линиях [1].The total-difference block 8 is made on coaxial lines [1].

Фазовый угловой дискриминатор 9 может быть выполнен по известной [7] схеме фазо-фазовой моноимпульсной системе.The phase angular discriminator 9 can be performed according to the well-known [7] scheme of the phase-phase monopulse system.

Вычислитель 10 может быть выполнен на базе бортового компьютера подвижного объекта.The computer 10 can be performed on the basis of the on-board computer of a moving object.

Заявляемая радионавигационная система позволяет повысить точность измерений пеленга а подвижного объекта в два раза в случаях, когда подвижный объект находится на равносигнальном направлении и на направлениях близких к равносигнальному, за счет большей крутизны пеленгационной характеристики, сохраняя при этом габариты приемной антенны неизменными. Последнее позволяет повысить эффективность практического применения радионавигационных средств на подвижных объектах, где масса и габариты приемной антенны приобретают первостепенное значение.The inventive radio navigation system allows to increase the accuracy of bearing measurements of a moving object by two times in cases when the moving object is on the equal signal direction and in directions close to the equal signal, due to the greater steepness of the direction finding characteristic, while maintaining the dimensions of the receiving antenna unchanged. The latter allows you to increase the effectiveness of the practical application of radio navigation aids in moving objects, where the mass and dimensions of the receiving antenna are of paramount importance.

Источники информации, использованные при составлении описания изобретения:Sources of information used in the preparation of the description of the invention:

1. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. - М.: «Транспорт», 1973.1. Shirman Y.D. Theoretical foundations of radar. - M.: "Transport", 1973.

2. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. - М.: «Радио и связь», 1985. - 343 с.2. Yarlykov M.S. Statistical theory of radio navigation. - M.: “Radio and Communications”, 1985. - 343 p.

3. Астафьев Г.П., Шебшаевич B.C., Юрков Ю.А. Радиотехнические средства навигации летательных аппаратов. - М.: «Советское радио», 1962. - 963 с.3. Astafiev G.P., Shebshaevich B.C., Yurkov Yu.A. Radio engineering navigation devices for aircraft. - M .: "Soviet Radio", 1962. - 963 p.

4. Казаринов Ю.М. и др. Радиотехнические системы. - М.: «Советское радио», 1968. - 495 с.4. Kazarinov Yu.M. and other radio engineering systems. - M .: "Soviet Radio", 1968. - 495 p.

5. Бадулин Н.Н., Гулько В.Л. Навигационная система для определения пеленга. - А.С. №1355955, М. кл.4, G01S 3/02, приоритет от 9.12.1985.5. Badulin NN, Gulko V.L. Navigation system for bearing detection. - A.S. No. 1355955, M. cl. 4 , G01S 3/02, priority dated 12/9/1985.

6. Бадулин Н.Н., Гулько В.Л. Способ измерения пеленга подвижного объекта и устройство для его осуществления. - Патент СССР №1251003, М. кл.4, G01S 3/02, приоритет от 29.01.1985.6. Badulin NN, Gulko V.L. A method of measuring the bearing of a moving object and a device for its implementation. - USSR patent No. 1251003, M. cl. 4 , G01S 3/02, priority from 01/29/1985.

7. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: «Радио и связь», 1984. - 312 с.7. Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar. - M.: “Radio and Communications”, 1984. - 312 p.

8. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых сканирующих широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. - М.: «Энергия», 1973. - 401 с.8. Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Design of lens scanning wide-range antennas and feeder devices. - M .: "Energy", 1973. - 401 p.

9. Драбкин А.Л. и др. Антенно-фидерные устройства. - М.: «Советское радио», 1974.9. Drabkin A.L. and other Antenna-feeder devices. - M .: "Soviet Radio", 1974.

10. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. - М.: «Советское радио», 1966. - 440 с.10. Kanareikin D.B., Pavlov N.F., Potekhin V.A. Polarization of radar signals. - M .: "Soviet Radio", 1966. - 440 p.

Claims (1)

Радионавигационная система для измерения пеленга подвижного объекта, содержащая передатчик, выход которого соединен с входами двух разнесенных передающих антенн с ортогональными собственными поляризациями, расположенных в точках с известными координатами в плоскости измерений на расстоянии d друг от друга, и расположенные на подвижном объекте приемную всеполяризованную антенну, выход которой соединен с входом линейного поляризационного разделителя, выполненного в виде перехода с круглого волновода на два ортогонально расположенных по отношению друг к другу прямоугольных волновода, орты собственной системы координат которого совпадают с осями плеч прямоугольных волноводов и ориентированы под углом 45° к плоскости измерений, и вычислитель, отличающаяся тем, что введены первый и второй коаксиально-волноводные переходы, суммарно-разностный блок, выполненный на коаксиальных линиях, и фазовый угловой дискриминатор, при этом входы первого и второго коаксиально-волноводных переходов со стороны прямоугольных волноводов подключены к выходам линейного поляризационного разделителя, а их выходы подключены к входам суммарно-разностного блока, а два его выхода подключены к соответствующим двум входам фазового углового дискриминатора, а его выход подключен к входу вычислителя, причем передающие антенны имеют соответственно горизонтальную и вертикальную линейные собственные поляризации. A radionavigation system for measuring the bearing of a moving object, comprising a transmitter, the output of which is connected to the inputs of two spaced transmit antennas with orthogonal proper polarizations located at points with known coordinates in the measurement plane at a distance d from each other, and a receiving all-polarized antenna located on the moving object, the output of which is connected to the input of a linear polarizing separator, made in the form of a transition from a circular waveguide to two orthogonally located x with respect to each other a rectangular waveguide, the unit vectors of the coordinate system of which coincide with the axes of the shoulders of the rectangular waveguides and are oriented at an angle of 45 ° to the measurement plane, and a calculator, characterized in that the first and second coaxial-waveguide transitions, a sum-difference block, are introduced performed on coaxial lines and a phase angular discriminator, while the inputs of the first and second coaxial waveguide transitions from the side of rectangular waveguides are connected to the outputs of the linear polarization separator, and their outputs are connected to the inputs of the sum-difference block, and its two outputs are connected to the corresponding two inputs of the phase angular discriminator, and its output is connected to the input of the calculator, and the transmitting antennas have horizontal and vertical linear eigenpolarizations, respectively.
RU2012130768/07A 2012-07-18 2012-07-18 Radio navigation system for measurement of mobile object bearing RU2507529C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130768/07A RU2507529C1 (en) 2012-07-18 2012-07-18 Radio navigation system for measurement of mobile object bearing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130768/07A RU2507529C1 (en) 2012-07-18 2012-07-18 Radio navigation system for measurement of mobile object bearing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012130768A RU2012130768A (en) 2014-01-27
RU2507529C1 true RU2507529C1 (en) 2014-02-20

Family

ID=49956881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012130768/07A RU2507529C1 (en) 2012-07-18 2012-07-18 Radio navigation system for measurement of mobile object bearing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2507529C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1251003A1 (en) * 1985-01-29 1986-08-15 Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Method and apparatus for measuring the bearing of mobile object
RU2072524C1 (en) * 1993-06-15 1997-01-27 Военная академия связи Radio radiator position finding method
WO2003023436A2 (en) * 2001-09-07 2003-03-20 Lockheed Martin Corporation Adaptive digital beamforming radar method
RU2264937C1 (en) * 2005-01-19 2005-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА") Radio-detection system for finding and following vehicles
RU2349472C1 (en) * 2008-02-11 2009-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА") Satellite safery and search system
US20110133987A1 (en) * 2007-03-15 2011-06-09 Compass Auto Tracker Llc Apparatus and Method for a Directional Finder
EP2354804A1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Fujitsu Limited Radio communication apparatus, position measurement method for radio communication apparatus, and radio communication system
US20110298663A1 (en) * 2009-07-16 2011-12-08 Skyhook Wireless, Inc. Systems and methods for using a satellite positioning system to detect moved wlan access points

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1251003A1 (en) * 1985-01-29 1986-08-15 Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Method and apparatus for measuring the bearing of mobile object
RU2072524C1 (en) * 1993-06-15 1997-01-27 Военная академия связи Radio radiator position finding method
WO2003023436A2 (en) * 2001-09-07 2003-03-20 Lockheed Martin Corporation Adaptive digital beamforming radar method
RU2264937C1 (en) * 2005-01-19 2005-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА") Radio-detection system for finding and following vehicles
US20110133987A1 (en) * 2007-03-15 2011-06-09 Compass Auto Tracker Llc Apparatus and Method for a Directional Finder
RU2349472C1 (en) * 2008-02-11 2009-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА") Satellite safery and search system
US20110298663A1 (en) * 2009-07-16 2011-12-08 Skyhook Wireless, Inc. Systems and methods for using a satellite positioning system to detect moved wlan access points
EP2354804A1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Fujitsu Limited Radio communication apparatus, position measurement method for radio communication apparatus, and radio communication system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012130768A (en) 2014-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7355546B2 (en) Polarization and frequency diverse radar system for complete polarimetric characterization of scatterers with increased scanning speed
Sarabandi et al. Calibration of polarimetric radar systems with good polarization isolation
RU2408895C2 (en) Method of localisation of electromagnetic radiation sources of decametre range
US20140002306A1 (en) Directional radio signal detection apparatus and methods of use
RU2649411C1 (en) Method of measurement of the aircraft flight parameters in the phase goniometrical and distance-measuring systems and the device for the implementation of this method
EP2843437B1 (en) Direction of arrival determination for a radio signal
US11835563B2 (en) System and method for using pulsed radio frequency (RF) signals and a modulated scattering probe (MSP) to enable measurements of distance to and planarity of a surface of a device under test (DUT)
RU2709607C1 (en) Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system
US20180251229A1 (en) Non-GPS Methods and Devices For Refueling Remotely Piloted Aircraft
RU2516697C2 (en) Method of aircraft bank measurement and device to this end
RU2507529C1 (en) Radio navigation system for measurement of mobile object bearing
Zhyla et al. Uav-born narrowband radar complex for direction finding of radio sources
RU2475863C1 (en) Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method
US20250183530A1 (en) Beamforming antenna arrays
RU2507530C1 (en) Radio navigation system for measurement of mobile object bearing
RU2405166C2 (en) Method for determining location of transmitter with portable position finder
RU2603971C1 (en) Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor
RU2521435C1 (en) Polarisation-phase method of measuring angle of roll of mobile object and radio navigation system for realising said method
RU133326U1 (en) PASSIVE RADAR DEVICE FOR DIRECTORATION OF AIR OBJECTS
RU2528170C1 (en) Method to measure pitch angle of aircraft and radio navigation system for its implementation
RU2485538C1 (en) Method to measure roll angle of mobile object and device for its realisation
RU2537384C1 (en) Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation
RU2567240C1 (en) Method of measuring aircraft bank angle
RU2531065C2 (en) Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus therefor
RU2475862C1 (en) Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160719