Вычислительное устройство для управления решеткой излучателей

 

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕШЕТКОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, содержащее генератор последовательности импульсов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора последовательности импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения согласования с излучателями и расширения функциональных возможностей путем обеспечения сканиро-. вания по двум координатам, в него введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждь1й разряд каждого накапливакицего сумматора, импульсныеусилители и фильтрна по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора/ тактовых сигналов соединен с входом второго триггера , единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, выходы первого, второго, третьего, (Л четвертого и пятого элементов И соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ, выход каждого иэ которых подключен к входу разряда соответствующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с треел тьими выходами генератора последоо ф вательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего Сдд О разряда каждого накапливающего сумматора череэ соответствующие последовательно соединенные импульсный усилитель и фильтр подключен к выходу устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1150630

q(gg G 06 F 15/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3658330/24-24 (22) 31, 10.83 (46) 15.04.85, Бюл. И 14 (12) Л.К.Самойлов и С.В.Николаев (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (53) 681.325.22(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 335692, кл. С 06 F 15/20, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

У 463977, кл, С. 06 Р 15/20, 1973 (прототип). (54).(57) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕШЕТКОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, содержащее генератор последовательности импульсов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входи которых соедииены с первым выходом генератора последовательности импульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения согласования с излучателями и расширения функциональных возможностей путем обеспечения сканиро-. вания по двум координатам, в него введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждый разряд каждого накапливающего сумматора, импульсные- усилители и фильтры по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора тактовых сигналов соединен с входом второго триг" гера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, Pg выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ, выход каждого из которых подключен к входу разряда соответст- g вующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с третьими выходами генератора последовательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего разряда каждого накапливающего сумматора через соответствующие последовательно соединенные импульсный

1усилитель и фильтр подключен к выходу устройства.

1150630 2

Поставленная цепль достигается тем, что в устройство, содержащее генератор последовательности импуль50

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано, преимущественно, в системах гидроакустической локации с цифровым управлением. 5

Известно устройство для управления лучом плоской антенной решетки, содержащее узел управления, узел вычитающих счетчиков, два координатных множительных устройства, сумми- 10 рующие счетчики строк и реверсивные счетчики столбцов, причем выходы координатных множительных устройств соединены с входами суммирующих счетчиков строк и входами реверсивных 15 счетчиков столбцов, выходы которых через схемы совпадения соединены с входами ключевых схем, предназначенных для управления фазовращателями 1).

Недостатками указанного устройства являются его сложность и низкое быстродействие, обусловленное использованием унитарного кода для установ- э5 ки начальных фаэ отдельных излучателей. Кроме того, для согласования с излучателями требуются дискретноуправляемые фазовращатели.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является . устройство для управления дискретнокоммутационной линейкой излучателей, содержащее генератор импульсов, программный блок, накапливающие сумма-.

35 торы по числу излучателей, триггер знака, вход которого соединен с выходом программного блока, а первый и второй выходы соединены с первыми входами соответственно первой и вто40 рой схем совпадения, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы соединены с соответствующими входами накапливающих сумматоров 2).

Недостатками данного устройства являются его ограниченные функциональные воэможности, поскольку управление лучом возможно только в одной плоскости, и сложность согласования с излучателями посредством дискретно-управляемых фаэовращателей в канале каждого излучателя.

Цель изобретения — упрощение согласования с излучателями и расширение функциональных возможностей путем обеспечения сканирования по двум координатам. сов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора последовательности импульсов, введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждый разряд каждого накапливающего сумматора, импульсные усилители и фильтры по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора тактовых сигналов соединен с входом второго триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И соединены с входами соответствующих. элементов ИЛИ выход каждого из кото) рых подключен к входу разряда соответствующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с третьими выходами генератора последовательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего разряда каждого накапливающего сумматора через соответствующие последовательно соединенные иМпульсяий усилитель и фильтр подключен к выходу устройства.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— временная диаграмма сигналов.

На фиг. 1 и 2 обозначены генератор 1 последовательности импульсов) триггеры 2 и 3, генератор 4 тактовых сигналов с выходами 5 - 7 элементы И 8 — 12, элементы ИЛИ 13, накапливающие сумматоры 14. с входом 15 и выходом 16, импульсные усилители 17, фильтры 18, выход 19 устройства, импульсный сигнал 20 на выходе 16 старшего разряда накапливаю« .щего сумматора 14 с нулевым начальным состоянием, сглаженный сигнал 21. . на выходе 19, импульсный сигнал 22

50630 д4=2Н/2

3 11 на выходе 16 старшего разряда накал ливающего сумматора 14 с начальным состоянием равным трем (011 в двоичной системе) и соответствующий ему сглаженный сигнал 23 на выходе 19.

Генератор 1 предназначен для получения трех последовательностей синхрониэирующих импульсов С, С„ и С . Для обеспечения правильной работы устройства импульсы в последовательностях С, С„ и С должны появляться со сдвигом во времени, достаточным для завершения переходных процессов в накапливающих сумматорах 14. Частота импульсов в последовательностях .определяет соответственно частоту излучения, скорость сканирования по оси х и скорость сканирования по оси у. Триггеры 2 и 3 служат для управления направлением сканирования по оси у и х соответственно. Генератор 4 вырабатывает сигналы на выходах 5 и 6 для управления триггерами 2 и 3 соответственно и сигнал на выходе 7, разрешающий излучение. Импульсный . усилитель 17 предназначен для усиления импульсного сигнала до величины, необходимой для нормальной работы отдельного излучения. Фильтр 18 служит для сглаживания импульсного сигнала.

Разрядность и всех накапливающих сумматоров 1.4 одинакова и выбирается исходя из требуемой дискретности фазы д в соответствии с формулой

Устройство работает следующим .образом.

Предполагается, что в исходном состоянии все накапливающие сумматоры 14 установлены в нулевое состояwe. В том случае, когда излучаемый луч не должен отклоняться от нормали к плоскости решетки излучателей, генератор 1 вырабатывает только последовательность С, а на других выходах импульсы отсутствуют. После того, как генератор 4 установит единичное значение сигнала íà выходе 7, элемент И 8 откроется и импульсы последовательности С поступят через элементы ИЛИ 13 на входы 15 младших разрядов scex накапливающих сумматоров 1 4. По каждому импульсу последовательности С содержимое . всех накапливающих сумматоров 14

1О

S5 будет увеличиваться на единицу.

В результате все накапливающие сумматоры 14 будут синхронно н периодически менять свои состояния от (0...0 до (1...1) и сигналы на выходах 16 их старшего разряда и выходах 19 будут иметь вид, описываемый соответственно кривыми 20 и 21 на фиг. 2. Частота излучаемого сиг- нала 2 1 в два раза меньше частоты ,импульсной последовательности С.

Для отклонения луча, например, по оси х генератор 1 вырабатывает кроме последовательности С последо" вательность импульсов С„, а генератор 4 с помощью сигнала на выходе 6 устанавливает триггер 3 в состояние, соответствующее направлению отклонения луча от нормали к плоскости решетки излучателей. При отклонении луча в положительном направлении с помощью триггера 3 открывается элемент И 12 и импульсы последовательности С„в naysax между импульсами последовательности С поступают через элементы ИЛИ 13 в соответствуI

1/ ющие разряды накапливающих суммато- ров 14. В результате накапливающие сумматоры 14, расположенные в -м столбце, получат приращение равное (+ ). При отклонении луча по оси х в отрицательном направлении с помощью триггера 3 открывается элемент И 11 и импульсы последовательности С„ в пазах между импульса-. ми последовательности С поступают через элементы ИПИ 13 в соответствующие разряды накапливающих сумматоров 14. При этом накапливающие. сумматоры 14, расположенные в 1-и столбце, получают приращение равное (-1).

Поступление следующих импульсов серии С приведет к синхронному изменению состояний всех накапливающих сумматоров 14, однако между сигналами на выходах 19 в разных столбцах появится сдвиг по фазе равный 1ьЧ по отношению к сигналу на выходе 19 в нулевом столбце. На фиг. 2 кривые 22 и 23 отображают сигналы на выходе 16 старшего разряда накапливающего сумматора 14 и выходе 19 соответственно для случая, когда . сдвиг по фазе составляет три дискре-. та Фазы ь .

Аналогичным образом осуществляется отклонение луча по оси у. Для этого генератор 1 должен вырабатывать

1150630 импульсную последовательность С,.

С помощью сигнала на выхопе 5 триггер 2 устанавливается в состояние, соответствующее направлению отклонения луча по оси у. Через элементы ИЛИ 13 импульсы поступают на соответствующие разряды всех сумматоров 14, в результате чего сумматоры 14, находящиеся и 1-й строке, получат приращение (+j) или (-j)

10 в зависимости от знака отклонения, а сигналы на выходах 19 получат соответствующие фаэовые сднига на величину 14 .

Обозначим текущую фазу сигнала на выходе 19, расположенного н i-м столбце и >-й строке, через Р„", тогда н соответствии с работой устройства ее величина определяется формулой

2я (

F — частота импульсов последовательности С;

Fñõ и F — частота импульсон последона- 30 тельностей С „ и С„ соответственно;

1 — время излучения, равное времени,.в течение которого сигнал на выходе 7 принимает

35 единичное значение;

-к+ и (- — время, в течение которого осуществляется сканирование в положительном и отрицательном направлениях по осям Х и У 4g соответственно.

Из формулы (1) видно, что частота излучаемого сигнала Fo определяется частотой Fo импульсов последовательности С и ранна 45

F, =F,/2", а скорость сканирования по осям Х и У однозначно определяется независимыми частотами Рс„ и с соответствующих последовательностей С„ и C„, S0

Точность установки луча в заданное направление определяется величиной дискрета фазы а1=2я/2", который, н свою очередь, определяется разрядностью 11 накапливающих сумматоров.

В предлагаемом устройстве устраняется необходимость в использовании фазовращателей, а импульсные усилители представляют собой по существу мощные ключевые каскады, которые по сравнению с обычными усилителями, работающими в активном режиме, содержат меньшее число компонентов, обладают более высоким КПД, некритичны к разбросу параметров компонентов и источников питания и более устойчивы к воздействию внешней среды.

Ввиду невысоких требований к форме сигналов, подаваемых на излучатели, сглаживающие фильтры могут быть построены по самым простейшим схемам, Более того, сами излучатели обладают определенной инерционностью и резонансными свойствами и в большинстве случаев импульсное возбуждение излучателей является вполне приемпемым.

Устройство может быть полностью построено на серийных микросхемах малой и средней степени интеграции.

В частности, при дискретности фазы ранкой TI /8 нужны четырехраэрядные накапливающие сумматоры, для построения каждого из которых потребуется дне микросхемы средней степени интеграции (например, одна микросхема четырехраэрядного комбинационного сумматора К155НМ3 и одна микросхема

К155ТИ5, содержащая четыре 11 -триггера) °

По сравнению с известным устройством при одинаковых функциональных возможностях, а именно при сканировании лучом по двум координатам, н предлагаемом устройстве отсутствует необходимость в дополнительных фаэонращателях с дискретным управлением, количество координатных линий связи равно четырем, в то время как в известном устройстве количество координатных линий связи определяется размерами решетки излучателей и числом секции фазонращателей и для решетки размером 30х30 и четырехразрядных фазовращателей количество координатных линий связи равно 150, следовательно, предлагаемое устройство для указанного случая позволяет более чем в 30 раэ сократить число координатных линий связи, для решетки больших размеров этот выигрыш соответственно будет больше, это упрощает технологию изготовления и повышает надежность эксплуатации.

Предлагаемое устройство обеспечивает более широкий диапазон скоростей сканиронания лучом, скорость скани1150630 рования можно оценить временем отклонения луча на угол, соответствукнций одному дискрету фазы, в предлагаемом устройстве отклонение на один . дискрет фазы осуществляется в течение одного периода синхроимпульсов, в то время как в известном устройстве для этого необходимо число тактов синхроимпульсов, равное количеству излучателей в столбце или строке решетки, следовательно, для решетки излучателей размером 30 х 30, предлагаемое устройство обеспечивает в 30 раэ большую скорость сканирования лучом.

В навигационно-рыбопоисковом комплексе "Сарган-К" управление лучом решетки излучателей осуществляется путем вращения механической конструкции антенны, таким же способом осуществляется стабилизация луча по отношению к качке судна.

В предлагаемом устройстве управле-. ние лучом осуществляется электрическим способом без каких-либо механических перемещений. Это позволяет существенно увеличить скорость сканирования повысить надежность работы

7 и технологичность изготовления за счет исключения сложных механических, электромеханических и гиправлических узлов и систем, нри этом снижается вес, габариты и металлоемкость иэделия. Кроме того, электрическое управление сканированием является наиболее благоприятным с точки зрения возможности автоматизации процесса поиска. рыбы с помощью судовых средств вычислительной техники. Таким образом, применение устройства позволяет шире использовать цифровую элементную базу и обеснечивает большую гибкость функционирования.

РЯУЗОВ йище

Составитель А.Жеренов

Редактор Ю. Ковач -Техред М Ладь - Корректор . Пилипенко . Заказ 2145/3S Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35, Раушская иаб., д. 4/5

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