приемоиндикатор

Формула изобретения

1. Приемоиндикатор, содержащий последовательно соединенные приемное устройство и цифровое измерительное устройство, первый выход которого через магистраль обмена соединен с устройством управления вычисления и индикации, при этом цифровое измерительное устройство содержит первый блок выборки и хранения, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и буферное запоминающее устройство, последовательно соединенные опорный генератор, управляемый делитель частоты и формирователь импульсной последовательности, выход которого подключен к управляющим входам первого блока выборки и хранения, аналого-цифрового преобразователя и буферного запоминающего устройства, вход-выход которого подключен к магистрали обмена, и регистр управления, выход которого является вторым выходом цифрового измерительного устройства, и подключен к управляющему входу приемного устройства, а вход регистра управления и управляющие входы управляемого делителя частоты и формирователя импульсной последовательности соединены через магистраль обмена с устройством управления, вычисления и индикации, отличающийся тем, что введено приемопреобразующее устройство, осуществляющее направленный прием сигналов и преобразование их в сигнал, фаза которого зависит от направления приема, выход которого подключен к второму входу цифрового измерительного устройства, в которое дополнительно введены второй блок выборки и хранения и блок коммутации, при этом вход второго блока выборки и хранения является вторым входом цифрового измерительного устройства, первый, второй, третий и четвертый входы блока коммутации соединены соответственно с выходами первого и второго блоков выборки и хранения, с выходом формирователя импульсной последовательности и через магистраль обмена с устройством управления, вычисления и индикации, выход блока коммутации соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход второго блока выборки и хранения соединен с выходом формирователя импульсной последовательности, а выход регистра управления соединен с управляющим входом приемопреобразующего устройства.

2. Приемоиндикатор по п. 1, отличающийся тем, что приемопреобразующее устройство содержит направленную антенну, выполненную в виде двух рамочных антенн, выходы которых через блок согласования с антенной и соответствующие фазовращатели подключены к входам сумматора, выход которого подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру, подавителю помех, аттенюатору и усилителю, выход которого является выходом приемопреобразующего устройства, управляющим входом которого является второй вход аттенюатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения навигационных и ориентационных параметров по сигналам, например импульсно-фазовых радионавигационных систем (ИФРНС) типа "Лоран-С" и "Чайка". Известно [1] широкое использование приемоиндикаторов ИФРНС для определения местоположения и других навигационных параметров подвижных объектов.

К таким приемоиндикаторам, например относится устройство (патент США N 4134117, кл. G 01 S 1/24, 1979), содержащее ненаправленную антенну, блок согласования с антенной, приемное устройство и вычислитель.

Приемное устройство включает в себя подавитель внутриполосных синусоидальных помех, состоящий из четырех-шести режекторных фильтров с ручной или автоматической настройкой на помехи.

Аналогом можно считать и приемоиндикаторное устройство (патент Великобритании N 2008886, кл. G 01 S 1/24, 1979), содержащее ненаправленную антенну, предусилитель, радиоусилитель, два режекторных фильтра, блок процессора, устройство отображения и наборное поле.

Однако, для получения ориентационных параметров, например истинного курса, приемоиндикаторы ИФРНС не использовались. До настоящего времени ориентация оси симметрии (диаметральной плоскости) подвижного объекта, выраженная количественно углом между диаметральной плоскостью и выбранным известным направлением, определялась с помощью автономных средств (магнитные компасы и гирокомпасы, инерциальные системы навигации) или с помощью радиопеленгационных систем, состоящих из радиомаяков и бортовых пеленгаторов. Автономные системы, сохраняя свои положительные свойства, в ряде экстремальных условий (например при плавании в северных широтах, при выполнении срочных маневров при расхождении с препятствиями и судами) не могут обеспечить надлежащей точности определения курса.

Повышение точности массовых автономных средств ориентирования потребует развертывания дорогих исследований и, как следствие, значительных затрат. Кроме того, существует класс судов, на которых затруднена установка крупногабаритных и дорогостоящих автономных средств, например яхты, катера и т.п. Существующие же системы радиопеленгования имеют небольшую дальность действия, требуют наличия бортовой аппаратуры, полностью автоматические варианты которой довольно сложны [2]

Таким образом, задачей, для решения которой предназначено данное изобретение, является обеспечение подвижных средств информацией о направлении (курса) от тех же радионавигационных станций, использование которых обязательно для определения координат.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому устройству является приемоиндикатор системы "Лоран" (патент США N 3947849, G 01 S 1/20, 1974), решающий задачу определения координат, путевой скорости, путевого угла объекта и т.п.

Данный приемоиндикатор системы "Лоран" состоит из трех основных устройств (фиг. 2): приемного устройства ПУ1, цифрового измерительного устройства ЦИУЗ и устройства управления, вычисления и индикации УУВИ5. ПУ1 обрабатывает входной сигнал, принятый стандартной ненаправленной антенной ННА6. Этот сигнал подается на блок связи с антенной БСА7, где он усиливается и частично фильтруется и через полосовой фильтр ПФ8 поступает на блок подавления помех АПП9, в котором он фильтруется от внутриполосных помех. С блока подавления помех АПП9 отфильтрованный сигнал поступает на ступенчатый аттенюатор АТТ10, который устанавливает общий коэффициент усиления приемного устройства аттенюацией принятого сигнала. Ступенчатый аттенюатор является широкополосным устройством, обеспечивающим чрезвычайно малый фазовый сдвиг сигнала в большом диапазоне аттенюации. Затем сигнал поступает в полосовой усилитель УС11, являющийся устройством с фиксированным коэффициентом усиления, обеспечивающим основную часть усиления сигнала.

Сигнал с выхода ПУ1 поступает в ЦИУ3 на вход устройства выборки и хранения УВХ19 и далее через аналого-цифровой преобразователь АЦП22 на измерительный процессор с буферным запоминающим устройством БЗУ23, который предназначен для предварительной обработки сигнала в режиме поиска. Значения составляющей напряжения с выхода измерительного процессора поступают на один из двух буферных регистров, входящих в состав БЗУ23, на второй поступает значение квадратурной составляющей напряжения. После каждой последовательности измерительных импульсов формирователь импульсной последовательности ФИП24 вырабатывает сигнал, по которому содержимое буферных регистров заносится в память с непосредственным доступом, откуда затем по сигналам управления поступает в УУВИ5. Таким образом формируется группа измерительных последовательностей, сигнал об окончании формирования которой передается в ФИП24. Сигнал о начале следующего цикла измерения из УУВИ5 поступает в регистр управления РгУ27 режимом работы, в управляемый делитель частоты УДЧ25 и в ФИП24 и запускает новую группу последовательности измерений. Синхронизация обеспечивается кварцевым генератором ОГ26.

Цифровое измерительное устройство ЦИУ3 управляется устройством управления, вычисления и индикации УУВИ5, включающим в себя непосредственно блок управления и индикации БИ29, блок подсистем дистанционного управления и контроля (на фиг. 2 не показан) и вычислительное устройство ВУ28, представляющее собой цифровой процессор с блоком памяти с непосредственным доступом. Программа работы приемоиндикатора содержится в ВУ28 и разделена на различные подпрограммы, например поиска, допоиска, слежения, разрешения многозначности и т.п. и обобщенную программу управления.

Выполнение этих программ приемоиндикатором, выбранным за прототип, позволяет определить местоположение транспортного средства и решить ряд сервисных задач: определение путевой скорости, путевого угла и т.п. Как уже было сказано, задача определения ориентации транспортного средства с помощью информации, содержащейся в принимаемом радиосигнале, данным приемоиндикатором, как и аналогами, не решается.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что в приемоиндикатор, содержащий последовательно соединенные приемное устройство и цифровое измерительное устройство, связанное по магистрали обмена с устройством управления, вычисления и индикации, дополнительно введено приемопреобразующее устройство, выход которого подключен к второму входу цифрового измерительного устройства.

При этом в цифровое измерительное устройство, содержащее первое устройство выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь и буферное запоминающее устройство, последовательно соединенные опорный генератор, управляемый делитель частоты и формирователь импульсной последовательности, выход которого подключен к управляющим входам первого устройства выборки и хранения, аналого-цифрового преобразователя и буферного запоминающего устройства, вход-выход которого подключен к магистрали обмена, а также регистр управления, выход которого является вторым выходом цифрового измерительного устройства и подключен к управляющему входу приемного устройства, а вход регистра управления и управляющие входы управляемого делителя частоты и формирователя импульсной последовательности соединены через магистраль обмена с устройством управления, вычисления и индикации, дополнительно введены второе устройство выборки и хранения и блок коммутации, при этом вход второго устройства выборки и хранения является вторым входом цифрового измерительного устройства, первый, второй, третий и четвертый входы блока коммутации соединены соответственно с выходами первого и второго устройств выборки и хранения, с выходом формирователя импульсной последовательности и через магистраль обмена с устройством управления, вычисления и индикации, а выход блока коммутации соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу буферного запоминающего устройства, управляющий вход второго устройства выборки и хранения соединен с выходом формирователя импульсной последовательности, а выход регистра управления соединен с управляющим входом приемопреобразующего устройства.

Приемопреобразующее устройство выполнено в виде последовательно соединенных направленной антенны, блока согласования с антенной, преобразователя направление-фаза, полосового фильтра, подавителя помех, аттенюатора и усилителя, выход которого является выходом приемопреобразующего устройства, а управляющий вход последнего является вторым входом аттенюатора.

Дополнение фазоизмерительного канала приемоиндикатора направленной антенной системой и схемой обработки сигналов этой системы - приемопреобразующим устройством с соответствующими дополнительными элементами цифрового измерительного устройства позволяет определить угловую ориентацию подвижного объекта за счет измерения направления нормали к фазовому фронту принимаемых радиоволн.

На фиг. 1 изображена схема заявляемого устройства; на фиг. 2 схема устройства-прототипа; на фиг. 3 схема преобразователя направление-фаза; на фиг. 4 блок-схема программы обработки, вычисления и выдачи логических команд Вч28.

Приемоиндикатор (фиг. 1) содержит приемное устройство ПУ1 и приемопреобразующее устройство ППУ2, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам цифрового измерительного устройства ЦИУ3, связанного по магистрали обмена МО4 с устройством управления, вычисления и индикации УУВИ5.

Приемное устройство ПУ содержит ненаправленную антенну ННА6, в качестве которой может быть использована любая, например штыревая антенна, сигнал с которой поступает на последовательно соединенные блок согласования с антенной БСА7, полосовой фильтр ПФ8, автоматический подавитель помех АПП9, регулируемый анттенюатор АТТ10 и усилитель УС11.

Приемопреобразующее устройство ППУ2 содержит направленную антенну НА12, выполненную, например в виде двух взаимно перпендикулярных рамок, сигнал с которой поступает на последовательно соединенные блок согласования с антенной БСА13, преобразователь направление-фаза ПНФ14, полосовой фильтр 15, автоматический подавитель помех АПП16, регулируемый аттенюатор АТТ17 и усилитель УС18.

Выходы усилителей УС12 и УС18 являются соответственно выходами ПУ1 и ППУ2 и подключены к первому и второму входам цифрового измерительного устройства ЦИУ3, являющимися соответственно входами устройств выборки и хранения УВХ19 и УВХ20. Выходы УВХ19 и УВХ20 соединены соответственно с первым и вторым входом блока коммутации БК21, выход которого через аналого-цифровой преобразователь АЦП22 подключен к первому входу буферного запоминающего устройства БЗУ23, управляющий вход которого объединен с управляющими входами УВХ19, УВХ20, АЦП22 и с третьим входом БК21 и подключены к выходу формирователя импульсной последовательности ФИП24. Вход ФИП24 через управляемый делитель частоты УДЧ25 подключен к выходу опорного генератора ОГ26. ЦИУ3 содержит также регистр управления РгУ27, выход которого соединен с управляющими входами ПУ1 и ППУ2, являющимися управляющими входами регулируемых аттенюаторов АТТ10 и АТТ17. Вход РгУ27, четвертый вход БК21 и управляющие входы УДЧ25 и ФИП26 подключены через магистраль обмена МОУ к устройству управления, вычисления и индикации УУВИ5, УУВИ5 содеpжит непосредственно вычислитель Вч28 и блок индикации БИ29.

НА12, БСА13 и ПНФ14 осуществляют функциональное преобразование угла между выбранной осью НА12 и направлением на наземную станцию в измеряемый параметр сигнала от этой станции и могут быть выполнены, например как показано на фиг. 3.

НА12 (фиг. 3), представляет собой две взаимно перпендикулярные рамки, подключенные соответственно через согласующие трансформатора Тр33, 34 к входам фазовращателей ФВ30, 31, выходы которых подключены к входам сумматора СН32, выход которого является выходом преобразователя направление-фаза ПНФ14.

Приемоиндикатор (фиг. 1) работает следующим образом.

Входная смесь принимаемых сигналов, излучаемых радионавигационными станциями, и помех поступает в ПУ1, предназначенное для селективного усиления принятых сигналов, их предварительной фильтрации (причем фильтрующие цепи выполнены таким образом, что их параметры обеспечивают минимальное искажение фронта сигнала), подавления узкополосных помех и регулировки уровня сигналов, ПУ1 может быть реализовано, например известным образом [3, 4]

Аналогично, смесь сигнала и помех поступает от направленной антенны НА12 через БСА13 на входы ФВ30 и ФВ31, на выходах которых высокочастотные заполнения сигналов приобретают соответственно фазовые сдвиги _c1= 45 и _c2= -45. Затем эти сигналы суммируются в СМ32, выполненном, например на резисторах и дифференциальных усилителях [5]

В результате на выходе СМ32 формируется сигнал, фаза которого зависит от направления приема. Этот сигнал затем фильтруется и осуществляется регулировка уровня сигнала как в ПУ1, так и в ППУ2 через регистр РгУ27 по командам из устройства управления, вычисления и индикации УУВИ5. Эти команды вырабатываются на основе анализа сигналов, поступающих от ПУ1. РгУ27 может быть выполнен на микросхемах серии 1533 (ИР33).

Таким образом, все параметры выходных сигналов ПУ1 и ППУ2 оказываются одинаковыми за исключением того, который является однозначной функцией угла между направлением на наземную станцию и каким-либо принятым за условный ноль направлением ориентации НА12 (например совпадающим с диаметральной плоскостью подвижного объекта, на котором направленная антенная неподвижно установлена).

В режиме поиска и допоиска приемоиндикатор работает по стандартной процедуре. При этом сигнал с ПУ1 поступает в ЦИУ3 на устройство выборки и хранения УВХ19, реализованного, как и УВХ20, на микросхемах серии 1100 СК4А, и производящего выборку и запоминание величины аналогового сигнала. Эта величина преобразуется в цифровую форму в АЦП22 (выполненного, например на микросхемах 1108ПВ1А, 142ЕН6, 154УД3А). В ячейки БЗУ23 (которое может быть выполнено на микросхемах 537РУ8А) записывается массив значений выборок сигнала с ПУ1 за период времени, определяемый стробирующими импульсами, вырабатываемыми в ЦИУ3 посредством опорного генератора ОГ26, управляемого делителя частоты УДЧ25 и формирователя импульсной последовательности ФИП26 по сигналам управления, поступающим на их управляющие входы от УУВИ5.

Полученные значения (выборки) сигналов ПУ1, поступающие от ЦИУ3 в УУВИ5, анализируются и обрабатываются в УУВИ5 таким образом, чтобы произвести следующие операции:

обнаружение сигналов наземных станций;

поиск радиоимпульсов на временной оси;

допоиск сигналов (совмещение с определенными точками огибающей радиоимпульсов сигналов ведущей и ведомых наземных станций стробов, принятых за отсчетные);

слежение за одной и той же фазой высокочастотного заполнения радиоимпульсов сигналов наземных станций;

измерение моментов прихода сигналов наземных станций.

Режимы работы ЦИУ3, необходимые для выполнения каждой операции, переключаются по сигналам управления УУВИ5.

В режиме слежения по команде из УУВИ5 блок коммутации БК21 начинает поочередно пропускать на АЦП22 выборки сигналов с устройств выборки и хранения УВХ19 и УВХ20. Причем выборки сигналов, поступающих с ППУ2, берутся с помощью измерительных стробов, управление временным положением которых осуществляется на основе анализа выборок сигналов от ПУ1. Числовые значения выборок сигналов от ПУ1. Числовые значения выборок сигналов от ПУ1 и ППУ2 записываются в БЗУ23 в различные ячейки по адресам, формируемым в УУВИ5.

По измеренным моментам прихода сигналов от ПУ1 в УУВИ5 производится вычисление места объекта, для чего используются данные о координатах наземных станций и параметрах излучаемых ими сигналов, заложенные в УУВИ5 при изготовлении или введенные оператором. Одномоментные выборки сигналов, поступающих от ППУ2, используются в УУВИ5 для вычисления текущего значения параметра сигналов, зависящего от направления приема, относительно того же параметра, не зависящего от направления приема (с ПУ1). Вычислитель Вч28 устройства вычисления, управления и индикации УУВИ5 представляет собой цифровой процессор, имеющий блок памяти с непосредственным доступом, выполненный на основе микропроцессорного комплекта серии К1810 и 580. Вся последовательность действий по определению местоположения объекта с помощью сигналов, принимаемых ненаправленной антенной, и по определению ориентации объекта с помощью сигналов, принимаемых направленной антенной, выполняется в соответствии с программой обработки, вычисления и выдачи логических команд, заложенной в блоке памяти вычислителя Вч28. Блок-схема этой программы представлена на фиг. 4 и содержит обобщенную программу управления 35 и подпрограммы, обеспечивающие ввод-вывод данных 36, выбор цепи 37, поиск сигналов 38, допоиск 39, режим слежения 40, разрешения многозначности 41, решение навигационной задачи 42, решение сервисных задач 43, а также подпрограмму измерения фазы 44 и вычисления курса 45.

Вычисление фазы может осуществляться в УУВИ5 в соответствии с формулами



где а_i числовое значение "фазной" выборки;

b_i числовое значение "квадратурной" выборки;

t интервал между выборками;

коэффициент, выбираемый по динамическим параметрам объекта.

Числовые значения выборок а_i, b_i сигналов, поступающих с ППУ2, считываются из БЗУ25 в Вч28. Значения скорости смещения отсчетной точки сигнала с ПУ1 относительно стробирующих импульсов вычисляются в УУВИ5 в процессе выполнения подпрограммы слежения 40. Это вычисленное значение относительно параметра (фазы) преобразуется в значение угла между тем направлением, когда этот параметр одинаков на выходах ПУ1 и ППУ2 (направление на станцию совпадает с диаметральной плоскостью объекта), и фактически текущим направлением на станцию, то есть вычисляется курсовой угол (КУ) на наземную станцию. Для снижения погрешности вычислений КУ может использоваться фильтрация как выборочных значений сигналов с ПУ1 и ППУ2, так и самого значения КУ.

Ориентационный параметр курс (угол между диаметральной плоскостью объекта и направлением на Север) может быть вычислен в УУВИ5 по формуле



где К курс

А азимут

КУ курсовой угол на станцию.

Азимут вычисляется при решении ОГ3 [6] в процессе выполнения подпрограммы 42 решения навигационных задач (фиг. 4).

Таким образом, используя сигналы от радионавигационных станций, необходимые для определения координат, можно решить задачу определения ориентационных параметров (истинного курса), что расширяет функциональные возможности этого класса приемоиндикаторов. Это в свою очередь позволяет избежать установки громоздких автономных средств на борту подвижного объекта и исключить затраты на разработку дорогостоящих средств, обеспечивающих повышение точности автономных устройств.