Устройство для моделирования диаграммы направленности антенны

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АИТЕННЫ , содержащее генератор импуль сов, первый счетчик импульсов, блок вычитания, элемент И,, выход счетчика импульсов соединен с информационным входом блока вычитания,-первый выход которого соединен с входом первого цифрового запоминаю го блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения, функциональных возможностей устройства за счет воспроизведения диаграммы направленности при наличии протяженных объектов, оно дополнительно содержит делитель частоты с регуляруеьвлм коэффициентом деления, формирователь угловой развертки , второй счетчик импульсов второй цифровой запоминающий блок, сумматор и два блока задания начальных паракютров, приче м выход генератора импульсов соединен с входом де лителя частоты с регулируекелм коэффи-циентом деления, выход которого подключен к первому входу элe jleнтa И и к счётному входу второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом запрета блока вычитания, установочные входы первого и второго счетчиков импульсов и формирователя угловой развертки подключены к входу запуска устройст-i ва, выход элемента И соединен со счетным входом первого счетчика импульсов , первый и второй установочные входа блока, вычитания подключены к выхоДс1М первого и второго блоков задания начальных параметров соответственно , второй выход блока вычитания соединен с входом второго цифрового запоминающего ,- выходы цифровых запоминающих блоков подключены соответственно к входам сумматора, выход которого является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Д) G 06 F 15/ 20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ (21) 3355898/18-24 (22) 25. 11 ° 81 (46) 23 ° 04.83. Вюл. Р 15(72 ) С. Н. Лехин и A. И. Спиридонов (71) Псковский филиал Ленинградского ордена Ленина политехнического института им.И.И.Калинина (53) .681.3(088.8) (56} -1. Ралль В.Ю., Макарьев О.Л.:, Поляков В.С. Тренажеры и имитаторы

ВМФ. И., Воениздат, 1969, с. 153, рис. 77,78.

2. Тверской Г.Н., Терентьев Г.К.:, Харченко Л.П.: Имитаторы эхосигналов судовых радиолокационных станций. Л., "Судостроение", 1973, с. 194.

3. Авторское свидетельство СССР

9 935967, кл. G 06 F 15/20, 1980 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛБЯНОСТИ АНТЕННЫ, содержа)цее генератор импуль > сов, первый счетчик импульсов, блок вычитания, элемент И,. выход счетчика импульсов соединен с информационным входом блока вычитания,.первый выход которого соединен с входом первого цифрового запоминающего блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с öåлью расширения. функциональных возможностей устройства за счет воспро„.SU „„1013966 А изведения диаграммы направленности при наличии протяженных объектов, оно дополнительно содержит делитель частоты с рейулируеьым коэффициентом деления, формирователь угловой развертки, второй счетчик импульсов второй цифровой запоминающий блок, сумматор и два блока задания начальных параметров, причем выход генератора импульсов соединен с входом делителя частоты с регулируеьвам коэффициентомделения, выход которого подключен к первому входу элемента И и к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом запрета блока вычитания, установочные входы g первого и второго счетчиков импульсов и формирователя угловой развертки подключены к входу запуска устройст". ва, выход элемента И соединен со счетным входом первого счетчика имйульсов, первый и второй установочные В входы блока. вычитания подключены к выходам первого и второго блоков за- Ф®и4 дания начальных параметров соответст- вил венно, второй выход блока вычитания соединен с входом второго цифрового запоминающего блока,. выходы цифровых ©р запоминающих блоков подключены соответственно к входам сумматора, выход Фф которого является выходом устройства.

1013966

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь угловой развертки содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, узел памяти и вычитающий счетчик импульсов, выход которого является выходом блока и соединен с информационным входом счетчика импульсов и входом разрешения записи вычитающего счетчика импульсов, установочный вход формирователя угловой развертки соединен с установочными входами счетчика импульсов и вычитающего счетчика импульсов, другой вход которого является входом формирователя.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычитания содержит три коммутатора, два узла памяти, четыре сумматора, два элемента ИЛЙ, четыре съема сравнения„ причем вход первого коммутатора является первым установочным входом блока вычитания, выходы первого коммутатора подключены соответственно к входам узлов памяти, выход первого узла памяти соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого является вторым установоч-. ным входом блока вычитания, выход первого сумматора подключен к первым входам второго и третьего сумматоров,, вторые входы которых объединены и являются информационным входом блока

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может найти применение в радио- и гидролокационных тренажерах и имитаторах. 5

Из вест ен имит ат ор диаграммы н ап- . равленности, содержащий следящий привод, схему формирования огибающей диаграммы направленности и модулятор (1).

Недостатками имитатора являются наличие механических узлов, невысокая точность, нереальная форма огибающей диаграммы направленности антенны и инерционность. 15

Известен. также имитатор диаграммы,; направленности, содержащий генератор временной развертки и функциональный преобразователь (2 ).

Этот имитатор обладает ограничен-. 20 ными функциональными возможностями: уровни максимумов одноименных боковых лепестков имитируемой диаграммы направленности, расположенных справа и слева от главного максиму- 25 вычитания, выход второго сумматора соединен с первым входом второго коммутатора, первым входом первой схемы сравнения и первым входом четвертой схемы сравнения;- выход третьего сумматора подключен к первому входу второй и третьей схем сравнения и второму входу третьего коммутатора, выход второго узла памяти соединен с вторыми входами первой, второй схем сравнения и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к шине единичного потенциала, выход четвертого сумматора сое-, динен с вторым входом второго коммутатора, и третьим входом третьего коммутатора, выход первой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертой схемы сравнения, выход второй схемы сравнения соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьей схемы сравнения, третьи входы первого и второго элементов ИЛИ.и первый вход третьего коммутатора объединены и являются входом запрета блока вычитания, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего коммутаторов, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока. ма, всегда одинаковы, нет установки исходных угловых положений антенны и цели, не имитируется вращение антенны в обе стороны, нет возможности имитации неподвижной антенны, точность воспроизведения формы диаграм- мы направленности невысокa..

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования диаграммы направленности антенны, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент И, реверсивный счетчик, блок вычитания и цифровое запоминающее устройство.

Второй и третий входы элемента И являются первым и вторым входами устройства, второй, третий и четвертый входы реверсивного счетчика являются третьим, четвертым и пятым входами устройства, второй вход блока вычитания — шестым входом, и выход цифрового запоминающего устройства — выходом устройства. Известное устройство позволяет моделировать ди1013966

При этом. блок вычитания содержиттри коммутатора, два узла памяти, четыре. сумматора, два элемента ИЛИ, четыре схеьы сравнения, причем вход первого коммутатора является первым установочным входом блока вычитания, выходы первого коммутатора подключены соответственно к входам узлов памяти, выход первого узла памяти соединен с первым входом первого. сумматора, второй вход которого является вторым установочным входом блока вычит чня, выход первого сумматора подк."ючен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых объединены и являются информационным входом блока вычитания, выход второго суьЫатора соединен с первым входом второго коммутатора, первым входом первой схемы сравнения и пер-— вым входом четвертой схем сравнения, выход третьего сумматора подключен к первому входу второй и третьей схем сравнения и второму входу третьего коммутатора, выход второго узла памяти соединен с вторыми входами первой, второй схем сравнения и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к шине единичного потенциала, выход.чет-:. вертого сумматора соединен с вторым входом второго коммутатора и третьим . входом третьего коммутатора, выходпервой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертой схемы сравнения, выход второй схемы сравнения соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьей схемы сравнения, третьи входы первого и второго элементов ИЛИ и первый вход третьего комму-. татора объединены и являются входом запрета блока вычитания, выходы первого н второго элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего коммутаторов,.выходы которых являются соответствеино первым и вторым выходами блока.

На фиг.1.приведена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — схема формирователя угловой развертки; на фиг.3 — схема блока вычитания, на фиг.4-6 — поясняющие .диаграюы.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, выход которого соединен с входом делителя 2 частоты с изменяемым коэффициентом деления, выход

3 устройства. Выход делителя 2 частоты подключен к первому входу элемента И 4 и счетному входу второго счетчика 5 импульсов, выход которого соединен с вторым входом элемента И 4 и с входом запрета блОка 6 вычитания. Выход элемента И 4 соединен с входом формирователя 7 угловой раз аграмму направленности любой формы, имитировать неподвижное положение антенны и вращение ее в любую сторону 3 ).

Однако устройство не позволяет моделировать диаграмму направленности при наличии протяженного объекта, в частности, если объект представляет собой дно или поверхность моря, или поверхность земли.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования диаграммы, направленности при наличии протяженных объектов.

Поставленная цель достигается 15 тем, что устройство, содержащее генератор импульсов, первый счетчик импульсов, блок вычитания, элемент И,— выход счетчика импульсов соединен с информационным входом блока вычита- 2О ния, первый выход которого соединен с входом первого цифрового запоминающего блока, дополнительно содержит делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления, формирователь угловой развертки, второй счетчик импульсов, второй цифровой запоминающий блок, сумматор и два блока задания начальных параметров причем выход генератора импульсов соединен с вхо= дом делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления, выход .которого подключен к первому входу элемента И и к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом запрета блока вычитания, установочные входы первого и второго счетчиков им- . пульсов и формирователя угловой развертки .подключены к входу запуска устройства; выход элемента И соединен40 со счетным -входом первого счетчика импульсов, первый и второй установочные входы. блока вычитания подключены к выходам первого и второго блоков задания начальных:параметров со- 45 ответственно, второй выход блока вычитания соедйнен с входом второго цифрового запоминающего блока, выходы. цифровых запоминающих блоков подключены соответственно к входам сумматора, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, формирователь угловой развертки содержит последовательно .соединенные счетчик импульсов-, узел памяти и вычитающий счетчик импуль.сов, выход которого является выходом блока и соединен с информационным входом счетчика импульсов и входом разрешения записи вычитающего счетчика импульсов, установочный вход формирователя угловой развертки соединен с установочными входами счетчика импульсов и вычитающего счетчи ка импульсов, другой вход которого является входом формирователя. - l 65

1013966 вертки, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика 8 импульсов. Входы установки счетчиков

5 и 8 импульсов и формирователя 7 угловой развертки подключены к установочному входу 9 устройства. Выход

i счетчика 8 импульсов соединен с информационным входом блока 6 вычитания, первый и второй установочные входы которого соединены соответственно с выходами первого 10 и второго 11 блоков задания начальных параметров.. Выходы блока 6 вычитания подключены к адресным входам первого

12 и второго 13 цифровых запоминающих блоков, выходы которых соединены 15 с входами сумматора 14, выход которого является выходом 3 устройства.

Формирователь 7 угловой развертки содержит счетчик 15 импульсов, узел 16 памяти, нычитающий счетчик р()

17 импульсов. Блок 6 вычитания содержит первый — третий коммутаторы 18- . 20, первый и второй узлы 21 и 22 памяти, первый — четвертый сумматоры

23-26, первую-четвертую схемы 27-30 25 сравнения, первый и второй элементы ИЛИ 31 и 32.

Перед началом работы устройства в цифровые запоминающие блоки 12 и 13 заносится идентичная информация о форме диаграммы направленности. Число запоминающих ячеек определяется требуемой точностью формирования диаграммы направленности rio углу и выбирается из соотношения где

К= Y rl где г - шаг установки расстояния, м.

На выходе управляемого делителя

2 частоты формируется сигнал с частотой 0 !" где 1 — частота сигнала, вырабаты0 ваемого генератором 1 импульсов.

При угловом разрешении Й разность нремени прихода соседних сигналов определяется соотношением

Д =ф. -т,.

С (605 1h СОЗ(, ) J

По этому же алгоритму функционирует формирователь угловой развертки. Из исходной регулярной последовательности импульсов с периодом Т 11Г он формирует последовательность, в которой соседние импульсы разделены промежутками времени b 4 -, где 1 — номер импульса.

Формирователь 7 угловой развертки представляет собой программируемый делитель частоты, Интервал времени между двумя соседними импульса= ми угловой развертки можно представить соотношением д, 1;

1 1 s y 1 0

1 в= - =ф+, Ь! = где

1 соЗД число, большее единицы. где b, — требуемое угловое разрешение, град; 40 величина сектора, в котором уровни диаграммы направленности отличны от нуля.

Величина выбирается таким образом,45 чтобы ф получилось целым.. Информационная емкость ячейки определяется требуемой точностью воспроизведения диаграммы направленности по уровню.

Условно информация, записанная в блоки 12 и 13, показана на фиг.5, где по горизонтальной оси отложен номер ячейки Й, а по вертикальнойнормированный уровень диаграммы направленности. В ячейку с нулевым номером записывается код уровня нормированной диаграммы направленности, соответствующий границе сектора существования отличных от нуля уровней диаграммы направленности антенны при отсчете против часовой стрелки, как . 60 показано на фиг.6.

Через время 4 =ZRjg, где и — расстояние до объекта, С вЂ” скорость распространения иэлученного сигнала н среде, в точку расположения антенны g5 приходит отраженный сигнал, уровень которого определяется точкой пересечения перпендикуляра к плоскости объекта и уровня диаграммы направленности (точка д на фиг.5 и 6). По мере распространения излученного сигнала в точку приема одновременно приходят отраженные сигналы от участков объекта, расположенных на .одинаковых расстояниях и под одинаковыми углами справа и слева от перпендикуляра к плоскости объекта. Уровни этих сигналов определяются точками пересечения соответствующих лучей и диаграммы направленности (точки 3, на фиг.5 и 6 ). Ослабление сигналов от текущей дальности не учитывается.

Время прихода отраженных сигналов определяется соотношением

4 Ы„Ь

С С

- расстояние до < -го участ

1 ка объекта;

4„ — угол между перпендикуляром.к плоскости объекта и -м участком.

Если объект иэотропен; выходной сигнал равен сумме сигналов одновременно приходящих справа и слева.

В устройстве расстояние до объекта К задается коэффициентом деления

К управляемого делителя 2 частоты.

П и этом

1013966

Из изложенного следует, что для получения интервала Kt< необходимо постоянный интервал времени h.4 ум1 ножать на число I „. или, что тоже самое, Фиксировать моменты времени между соседними импульсами, следующими с частотой .= —

1 1„.

Таким образом, „. представляет собой коэффициент деления входной частоты F>,меняющийся с появлением 10 каждого выходного импульса формирователя 7 угловой развертки.

Округленные до целых значения 1„. записываются в узел 16 памяти. Сигналсм "Пуск" происходит обнуление суммирующего счетчика 15 и вычитающего счетчика 17; При этом из узла 16 выбирается ячейка с нулевым адресом, в котором записано число l =1. В момент 20

4 р поступает первый импульс частоты

Г.=1р/К, он проходит на выход счетчика 17, записывает в него число ) и увеличивает состояние счетчика 15 на единицу. При этом из узла 16 памяти выбирается ячейка с номером 1, в которую занесено число l . Так как

lq -— 1, второй импульс частоты Хо /К через интервал времени bid поступает на выход, заносит в счетчик 17 число 1 и добавляет единицу в счет- З0 чик 15. После прохождения .2 импульсбв частоты Хр/!(на выходе появляется следующий импульс (Формируется интервал А.Ь ) и т.д. Последовательность импульсов на выходе формирова- 35 теля 7. угловой развертки показана на фиг. 4.

Рассмотрим работу устройства при наличии бесконечно-протяженного объ- 40 екта. Сигналом, поступающим на вход

9, счетчики 5, 8 и формирователь 7 угловой развертки устанавливаются в исходное состояние. Разрешающий сигнал на элементе И 4 отсутствует и 45 импульсы частоты F с выхода делителя

2 частоты .не проходят на вход формирователя 7 угловой развертки. На блок 6 вычитания поступает сигнал запрета, при этом происходит выбор из цифровых запоминающих блоков 12 и 13 ячеек с номерами ф +1, в которых записан нулевой код. Сигнал на выходе

3 устройства в этом случае также.равен нулю. После поступления на счетчик 5 Й импульсов частоты F., т.е. нерез время 1о с момента подачи.сигнала на вход 9 устройства, на выходе счетчика 5 появляется разрешающий сигнал, открывается схема И 4, начинает работать Формирователь 7 угловой развертки и снимается сигнал запрета с входа блока 6 вычитания. На выходе .счетчика 8 формируется цифровой код, соответствующий углу с4.,с которого в данный момент времени при- 65 ходит отраженный сигнал. Блок б вычитания работает по алгоритму

Ч Фь-1 .0%Г1 %Ф

Г« ф+ „Г1 r0

Г1 )e (существует сигнал "Запрет" )

++>+i о «Г а(Г =

IyrO

Ъф т (существует сигнал "Запрет) где Г(и à — сигналы в виде цифрового кода на первом и втором выходах блока 6 вычитания ; ц =щ/ — информация об угловом положении максимума диаграммы направленности относительно границы сектора при отсчете по часовой стрелке, Ч /g — - информация о величине сектора отличных от нуля уровней диаграммы направленности .антенны, = /Ь вЂ” информация об угле наклона оси диаграммы направленности относительно перпендикуляра к поверхности объекта, j=g/ — число на выходе счетчика

8, определяющее угол, с которого в данный момент времени приходит отражен. ый сигнал.

Значения 9 и ф характеризуют начальные параметры моделируемой антенны и подаются с блока 10. Величина В поступает из блока 11., !

Перед началом работы блока 6 вычитания информация о значениях ф и ф . через коммутатор 18 записывается в запоминающие узлы 21 и 22 .соответственно. В сумматоре 23 формируется число В+ф, которое поступает на первые входы сумматоров 24 и 25,. на вторые входы подается число, с выхода первого счетчика 8 устройства.

В сумматоре 24 осуществляется вычитание 1 из В+%, а в сумматоре 25 — сложение этих чисел. Выходной сигнал сумматора 24.поступает на первые входы схем 27 и 30. сравнения и первый вход коммутатора 19.,На второй его вход подается число (р +1 с выхода сумматора 26. На второй вход схемы

27 сравнения подается число ф, а на .второй вход схемы 30 сравнения число "0". При выполнении неравенства Ф+Ь- > ф либо ф+ 6-1 (О, а также при наличии сигнала "Запрет", элемент ИЛИ 31 формирует сигнал, под действием которого коммутатор 19 пропускает на выход число Ф +1. При отсутствии сигналов на входах элемента

ИЛИ 31 на выход коммутатора приходит

10 1013966

Оус число 9+ 8 -1 (при этом выполняется неравенство О< + Ь -л Ф

Схемы 28 и 29 сравнения, коммута-. тор 20 и элемент ИЛИ 32 служат для аналогичной цели при формировании числа Г .

Под действием сигналов с выходов блока 6 происходит выборка ячеек с номерами,Г„ и Г < из цифровых запоминающих блоков 12 и 13 соответственно.

Содержание ячеек, которое определяет уровни отраженных сигналов, приходящих в данный момент времени в точку приема, суммируется в сумматоре 14 и поступает на выход устройства в виде цифрового кода. Емкость счетчика 8 выбирается таким образом, чтобы не происходило его переполнения при любых соотношениях между > ф, В,л, что обеспечивает однозначность работы устройства. 20

Переход к новому циклу работы устройства осуществляется подачей сигнала "Пуск" на вход 9 устройства, что соответствует имитации момента излучения зондирующего импульса. Под дей-25 ствием сигнала "Пуск" устройство приходит в исходное состояние и через промежуток времени +О начинает формироваться выходной сигнал.

Использованный алгоритм работы 30 формирователя угловой развертки позволяет имитировать меняющееся в ши-, роких пределах расстояние до объекта беэ перестройки узлов схемы.

Ограничивая определе иным образ ом число ячеек, выбираемых из цифровых запоминающих блоков, можно моделировать диаграмму направленности при наличии объектов конечной протяженности.

Оперативно изменяя информацию оо угле наклона максимума диаграммы направленности можно имитировать угловые перемещения антенны в процессе приема отраженных сигналов.

Используя цифро-аналоговый модулятор, на вход управления которого подается сигнал с выхода устройства, а на информационный вход — либо постоянное напряжение, либо отраженный сигнал с учетом ослабления от текущей дальности, можно получить огибающую диаграмму направленности,в аналоговой форме, либо отраженный сигнал, промодулированный огибающей.

При наличии анизотропных объектов для получения суммарного отраженного сигнала можно использовать два цифро-аналоговых модулятора, входы управления которых подключаются к выходам цифровых запоминающих блоков, на информационные входы подаются соответствующие сигналы, а выходныенапряжения суммируются в аналоговом сумматоре. с

При необходимости оперативной смены информации о диаграмме направленности в качестве цифровых запоминающих блоков возможно применение

ОЗУ, в которые информация заносится от специального внешнего вычислительного устройства..

Достоинством предлагаемого устройства является возможность моделирования диаграммы направленности любой

Формы с требуемой точностью.

Указанные технические преимущест- ва позволят получить зкономический эффект от увеличения объема информации и повышения. точности приближения моделируемой обстановки к реальной при исследовании систем.

101 3966

44)Ng йу

Ф

Фиг.5

ВНИИПИ Заказ 3006/58 Тираж 704 Подписное

Филиал ППП "Патент", г,Ужгород,ул.Проектная,4