Ошибка, определяемая наличием сосредоточенной помехи возникает, когда в тракте основной избирательности РПрУ пеленгатора присутствует сигнал от другого ИРИ.
Ошибка, определяемая наличием модуляции, в основном зависит от параметров пеленгатора, выбранного метода и его реализации.
Ошибка, вызванная влиянием временных изменений характеристик канала связи, характеризуется видом пеленгатора, наиболее характерна для мобильных систем, у которых характеристики канала связи непостоянны.
Основная особенность пеленгования в условиях города - наличие когерентных помех и помех в совмещенном канале. Устойчивость выбранного типа пеленгатора к таким помехам и определяет качество решения задачи определения местоположения ИРИ.
Аппаратурная ошибка - это потенциальная точность пеленгатора. Остальные ошибки связаны с его реальной работой, т.е. для стационарного пеленгатора эксплуатационная ошибка - это практически аппаратурная ошибка и ошибка за счет воздействия когерентных помех и подстилающей поверхности.
Антенны стационарных пеленгаторов располагаются, как правило на крышах преобладающих по высоте зданий по окружности, охватывающей контролируемый район. Минимальное число пеленгаторов для определения местоположения ИРИ - два, однако при этом существуют зоны, где определение местоположения ИРИ невозможно, поэтому оптимально-необходимое количество пеленгаторов - не менее трех. В этом случае для определения местоположения получается треугольник, и при известном качестве пеленгов можно рассчитать положение наиболее вероятной точки, которая принимается за оценку местоположения ИРИ.
Наиболее подходящий для решения поставленной задачи является интерферометрический пеленгатор. Принцип его работы заключается в том, что в разнесенных по пространству идентичных АнЭ (чаще всего расположенных по кругу и называемых предметными антеннами) и на всенаправленной антенне (опорной) снимаются характеристики сигнала (амплитуда, фаза), при последовательном опросе АнЭ, фаза сигналов на них, сравнивается с фазой опорного сигнала. Результаты преобразуются в цифровую форму, и вычисляется направление прихода сигнала. Структура такого пеленгатора приведена на рисунок 1.4.
Рисунок 1.4-Структурная схема интерферометрического пеленгатора
При этом, интерферометрические пеленгаторы делятся на фазовые и корреляционные.
Преимущества интерферометрического пеленгатора следующие: большая, чем у фазовых пеленгаторов, помехоустойчивость по отношению к когерентной помехе и помехе в совмещенном канале; наличие устойчивого показателя качества пеленга; при определенных габаритах АнС, при использовании корреляционного интерферометра, возможно получить качественное разделение двух частотных каналов.
Недостатки пеленгатора: двухканальный прием, иногда наличие выносных ВЧ тюнеров, как следствие, необходимость разработки собственных РПрУ или переделка существующих.
В настоящее этот тип пеленгатора нашел наиболее широкое применение в системах РМ.
Вывод. Таким образом, исходя из проведенного анализа, наиболее приемлемым при проектировании АСМИРИ можно считать интерферометрический метод определения местоположения ИРИ.
1.5 Обзор аналогов
Большинство зарубежных фирм, выпускающих современную радиоэлектронную аппаратуру, как правило, следует рекомендациям МСЭ, определяющим технические характеристики этого оборудования. К числу таких фирм, как уже отмечалось, относятся, например, такие зарубежные фирмы, как Rohde&Shwarz, HewlettPackard, Wavetec, Thomson-CSF и др.
Блок-схема типовой станции РМ обеспечивающей автоматизированное выполнение требуемых задач РМ в различных диапазонах приведена на рисунке 1.5.
Основой аппаратурного комплекса этой станции является семейство приемников и пеленгаторов включающее интерферометрический пеленгатор с двухканальным РПрУ, а также приемник, выполняющий функции поиска, наблюдения и измерения. Определение местоположения ИРИ может выполняться как триангуляционным методом, так и с использованием локальной сети для определения азимута и дальности до пеленгуемого объекта.
Особенность аналогичных комплексов - это использование недорогих, так называемых сканирующих РПрУ, с достаточно сложной обработкой принимаемых сигналов на ПЭВМ или на сигнальном процессоре. Причем, на ПЭВМ и программное обеспечение (ПО), часто перекладываются практически все основные функции станции РМ, что позволяет значительно упростить и удешевить используемую аппаратуру.
Рисунок 1.5-Блок-схема типовой станции радиомониторинга системы
Вывод. Таким образом, в результате проведенного анализа ТЗ, включающего рассмотрение сведений по РМ, методам определения местоположения ИРИ, вариантам построения структур пеленгаторов, а также проанализировав структуры зарубежных и отечественных станций РМ, с учетом решаемых ими задач, видно, что поставленная в ТЗ на ВКР задача выполнима и вполне реализуема.
Для реализации заданных в ТЗ технических характеристик, необходимо построить стационарный интерферометрический пеленгатор, позволяющий обнаруживать и пеленговать ИРИ, с возможностью работы в общей системе местоопределения.
За основу при выборе и обосновании структурной схемы АСМИРИ, можно принять укрупненную структурную схему станции системы РМ, приведенную на рисунке 1.5, решающей аналогичные задачи.
Исходя из этого, исходные данные на проектирование АСМИРИ можно считать полными.
радиомониторинг спектр приемник
2. Анализ структурной схемы АСМИРИ
2.1 Выбор и обоснование структурной схемы АСМИРИ
По результатам анализа, проведенного в первом разделе работы, с учетом решаемых задач и требований к составу станции системы РМ, обобщенная структурная схема рассматриваемой АСМИРИ имеет вид, представленный на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1-Обобщенная структурная схема АСМИРИ
Общий принцип работы АСМИРИ (см. рисунок 2.1). Высокочастотный сигнал принимается опорной (всенаправленной) и предметной антеннами. Коммутатор, управляемый ПЭВМ, по очереди подключает антенны предметного канала к РПрУ. Опорный канал подключен к РПрУ постоянно для осуществления работы алгоритма пеленгатора, а так же для устранения влияния АМ на характеристики АнС и выполнения ей функций сканирования и обнаружения сигналов в рабочем диапазоне частот. В РПрУ, принятый сигнал транспонируется в промежуточную частоту (ПЧ), после чего сигнал ПЧ поступает в цифровой анализатор спектра (ЦАС), где оцифрованный в аналого-цифровом преобразователе (АЦП), поступает наПЭВМ. В ПЭВМ сигналы подвергаются дальнейшей обработке, в частности формируется ДН АнС и реализуется алгоритм обнаружения сигналов и вычисление пеленга.
Синтезатор СВЧ, входящий в состав двухканального РПрУ, под управлением ПЭВМ, обеспечивает синтез частоты гетеродина, которая поступает когерентно в каждый канал РПрУ для сохранения в принятом с опорной и предметных антенн сигнале, фазовых соотношений. С той же целью, опорной частотой синтезатора СВЧ осуществляется синхронизация опорного генератора ЦАС.
Дополнительные внешние устройства обеспечивают автоматическое запоминание и хранение информации по каждому из принимаемых сигналов. Результаты работы могут записываться на магнитную ленту с помощью видео- и аудио-магнитофонов, на бумагу с помощью принтера, на магнитные, оптические и электронные носители ПЭВМ и т.д. Модем используется для передачи полученной информации на пункты ее сбора и обработки, а также для связи с другими постами РМ.
Осуществим анализ технических требований, предъявляемых к структурным узлам АСМИРИ, в соответствии с техническими характеристиками, заданными в ТЗ, и приведенной на рисунок 2.1 структурной схемой станции АСМИРИ.
2.2 Выбор и обоснование антенной системы
В результате проведенного анализа методов построения пеленгаторов, АнС, реализующие амплитудный способ определения направления на ИРИ, требуют разработки сложных и достаточно дорогих диаграммообразующих устройств и, как правило, не обеспечивают требуемой широкополосности. АнС построенные на основе фазового интерферометрического способа определения направления на ИРИ наиболее подходящие, для решения задач радиомониторинга, однако, в ряде случаев, они не обеспечивают достаточную для современных условий эксплуатации разрешающую способность. В связи с этим, в последние годы широкое развитие получили средства РМ, основанные на использовании АР с цифровым формированием ДН использующие интерферометрические принципы пеленгования, что позволяет обеспечивать достаточную разрешающую способность и точность определения направления на ИРИ.
Обобщенный алгоритм цифрового формирования ДН, приведен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2-Обобщенный алгоритм цифрового формирования ДН АР
Общий принцип работы алгоритма следующий: сигнал, принятый АнЭ обрабатывается в АЦП. Далее, цифровые данные с АЦП поступают на вычислительное устройство, реализующее алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ), после чего, в устройстве формирования ДН осуществляется вычисление взаимно корреляционной функции (ВКФ) по результатам вычисления БПФ и данным базы амплитудно-фазового распределения. Таким образом, реализуется цифровое формирование ДН АР.
Формируемая при этом ДН АР описываться ВКФ следующего вида
,
где f - текущая частота; - азимутальная координата; - направление прихода сигнала ИРИ; - экспериментально определяемые коэффициенты, которые имеют следующий смысл: сигнал, пришедший с заданного направления с частотой f в i-ом АнЭ, возбудит комплексную амплитуду тока равную ; - знак комплексного сопряжения.
Применение такого метода формирования ДН АР позволяет значительно улучшить качественные показатели пеленга, в частности уменьшить уровень боковых лепестков АР (УБЛ) и как следствие увеличить точность и достоверность измерений. Необходимо также отметить, что для обеспечения заданной точной настройки сформированной ДН АР при пеленговании ИРИ, РПрУ системы РМ должно обеспечивать точную подстройку частоты (до 1 кГц), во всем рабочем диапазоне частот.
Далее, по результатам анализа АнС, будут представлены сравнительные характеристики выбранной АР с использованием данного метода формирования ДН.
Основная особенность работы АР заключаются во взаимном влиянии элементов АР, которое может неприемлемо исказить характеристики АнС: ДН, согласование и т.д. Поэтому для обеспечения метрологических характеристик целесообразно применять максимально широкополосные АнЭ.
Принципиальным путем, обеспечивающим компактное размещение антенн при минимальных искажениях их азимутальных ДН, является разбивка антенн на литеры и установка последних друг над другом.
Анализируя известные структуры АР можно сделать вывод, что при отсутствии сканирования по углу места, обеспечить круговой обзор в азимутальной плоскости могут кольцевые, линейный или многогранные АР.
Кольцевая антенная решетка позволяет осуществлять обзор пространства в азимутальной плоскости с минимальными искажениями формы главного лепестка ДН, однако УБЛ кольцевой АР достаточно велик и может достигать минус 2…3 дБ. Существенно меньший УБЛ, до минус 8…13 дБ, могут обеспечить линейные и многогранные АР. Однако при обзоре пространства у таких АР происходит существенное искажение формы ДН.
Учитывая, что в ТЗ, УБЛ не задан, представляется целесообразным в дальнейшем при выборе структуры построения АР рассмотреть кольцевую, линейную и многогранную АР.
Выбор структуры АР будем проводить на основе сравнения основных обобщенных характеристик рассматриваемых структур АР: коэффициента усиления КУ, ширины ДН, количества элементов и размеры АР.
Анализ ТТХ антенных систем компаний AgilentTechnologies и Rohde& Schwarz показывает, что при одинаковых значениях ширины ДН наименьшими размерами обладает кольцевая АР, которая также требует и меньшее число АнЭ.
Таким образом, для выполнения требований ТЗ наиболее целесообразно использовать кольцевую АР, имеющую минимально возможное количество элементов и минимально возможный радиус кольца.
В связи с тем, что в ТЗ УБЛ не задан, будем ориентироваться на минимально возможный показатель УБЛ и количества элементов АР, для этого рассмотрим, полученную при разработке кольцевой АР, зависимость УБЛ от числа элементов АР, при фиксированном электрическом диаметре кольца, представленную на рисунке 2.3.
Анализ зависимости, приведенной на рисунке 2.3 показывает, что УБЛ кольцевой АР достигает минимальных значений при нечетном количестве элементов АР. При этом наименьшее количество элементов АР, при котором УБЛ можно считать приемлемым, равняется девяти.
Рисунок 2.3-Зависимость УБЛ от количества антенных элементов
Одним из основных параметров рассматриваемой АнС является обеспечение заданной точности пеленгования. В первом разделе работы, был проведен общий анализ факторов, влияющих на точность пеленгования ИРИ, при этом было отмечено, что точность пеленгатора определяется аппаратурной ошибкой пеленгования, задаваемой среднеквадратическим отклонением главного максимума ДН АР (СКО).
СКО главного максимума от среднего значения для кольцевой АР приближенно может быть оценено по формуле
,
где - длина волны; - диаметр кольцевой АР; -количество антенных элементов; - дисперсия измерения фазы при отношении мощности сигнала к мощности шума (С/Ш) на выходе антенной системы равном q. Согласно ТЗ дБ.
Как показывают практика эксплуатации кольцевых АР, наиболее критичным в реализации минимального значения СКО является нижний диапазон заданных частот, поэтому характеристики антенной системы аналогичные заданным в ТЗ, могут быть реализованы, если низкочастотная литера будет иметь диаметр, равный примерно 3 м.
Практически проверено, что внизу рабочего диапазона частот при диаметре кольцевой АР равном 3 м и количестве элементов равном девяти, СКО главного максимума от среднего значения будет порядка 5.5, что не удовлетворяет заданному значению точности пеленгования в ТЗ.