Устройство программного управления лучом фазированной антенной решетки

 

Использование: управление лучом фазированной антенной решетки при груботочном сканировании с повышенной точностью при обеспечении возможности точного учета как ошибки квантования, так и влияние внешних факторов. Сущность изобретения: устройство содержит формирователь пачки импульсов точного сканирования с управляемой частотой следования импульсов в пачке, формирователь импульса конца пачки, счетчик угла фазирования, блок памяти ошибок и умножитель частоты. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к антенной технике, и может быть использовано в фазированной антенной решетке (ФАР) с груботочным сканированием. Целью изобретения является повышение точности управления лучом ФАР. На фиг. 1 и 2 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 3 - график, иллюстрирующий принцип работы устройства. Устройство программного управления лучом ФАР содержит n каналов 1 управления, шину 2 стартовых импульсов, шину 3 тактовых импульсов, шину 4 сигналов логической единицы, шину 5 сигналов логического нуля. Каждый из n каналов 1 управления состоит из постоянного запоминающего устройства 6, адресного счетчика 7 и счетчика-делителя на I 8. В состав устройства программного управления лучом ФАР входят также управляемый формирователь 9 пачек 1 импульсов точного сканирования, формирователь 10 импульсов конца пачки (например, в виде счетчика-делителя частот на I), счетчик 11 угла фазирования Θ, блок 12 памяти ошибок, выполненный в виде двух постоянных запоминающих устройств 13 и 14 и сумматора 15, а также умножитель 16 частоты. Управляемый формирователь 9 пачек I импульсов точного сканирования и формирователь импульса конца пачки состоит из счетчика 17 и двухразрядного постоянного запоминающего устройства 18. Устройство работает следующим образом. Код заданного угла фазирования q_o с выхода счетчика 11 поступает на входы блока 12 памяти ошибок, конкретно на входы постоянных запоминающих устройств 13 и 14. При этом из запоминающего устройства 13 считывается код δω_A той части относительной ошибки угловой скорости сканирования, которая зависит от угла фазирования Θ_o и не зависит от воздействия внешних факторов, например от частоты возбуждения антенны, температуры окружающей среды и других факторов. Из запоминающего устройства 14 считывания код δω_в той части ошибки, которая зависит от угла фазирования Θ_o, так и от воздействия внешних факторов, например от частоты возбуждения антенны, температуры окружающей среды и других. Так как зависимость этой группы ошибок (δω_в) от угла Θ_o меньше, чем ошибок первой группы (δω_A), то к входам A1 запоминающего устройства 14 подключены только старшие разряды счетчика 11, что позволяет уменьшить общую требуемую емкость блока памяти ошибок 12. Коды ошибок δω_A и δω_в поступают на входы сумматора 15, с выхода которого считывается их сумма δω_i- δω_A+δω_в= (ΔΘ_i-ΔΘ_i-1)/Δ, (1), где δω_i относительная ошибка угловой скорости ω на i-м интервале груботочного сканирования; Dq_iи ΔΘ_i-1 погрешности управления (угла фазирования) соответственно к конце и начале этого интервала; Δ величина грубого шага сканирования, содержащего I точных шагов. Код dw_i суммарной относительной ошибки поступает на управляющие входы (δω) управляемого формирователя 9 почек i импульсов точного сканирования. На исполнительный вход С этого формирователя с выхода умножителя частоты 16 поступают импульсы точного сканирования, следующие с постоянной частотой f=f_тγ, где f_т тактовая частота и γ коэффициент умножения. Формирователь 9 формирует пачки импульсов точного сканирования, каждая из которых содержит по I импульсов. Частота следовательно импульсов внутри пачки для любого i-го интервала (шага) грубого сканирования от относительной ошибки δω_i угловой скорости на этом интервале и равна (2) При этом длительность пачки равна (3) где τ_н номинальная длительность грубого шага сканирования (при δω_i=0 ). Пачки импульсов точного сканирования поступают на входы всех каналов 1 управления, а также на вход С счетчика-делителя 10; после прохождения I импульсов счетчик-делитель 10 формирует импульс конца пачки, который поступает на счетный вход "+1" счетчика угла фазирования, увеличивая его содержание на 1. После этого из блока 12 памяти ошибок считываются коды относительной ошибки δω_i+1 угловой скорости на следующем i+1 шаге грубого сканирования и процесс повторяется. На каждом шаге грубого сканирования каналы 1 управления формируют команды, соответствующие заданному углу фазирования Θ_o. При поступлении тактовых импульсов на счетные входы счетчиков-делителей 8 их переполнение и изменение программы управления происходит не одновременно по всем n каналам, а последовательно по отдельным каналам (или группам каналов). В результате осуществляется груботочное сканирование луча ФАР. Переключение всех n каналов соответствует грубому шагу луча, при последовательном переключении каналов управления осуществляется перемещение луча точными шагами в пределах этого грубого шага. Каждый точный шаг соответствует перемещению луча приблизительно на величину ε ≈ Δ/I. (4) Перед началом работы антенна ориентирована так, что в начальной точке сканирования (например, на краю сектора) фактический угол фазирования Θ_ф в точности равен заданному углу Θ_o и погрешность управления ΔΘ_o= Θ_ф-Θ_o= 0. Стартовый импульс, приходящий в начале каждого цикла сканирования по шине 2, осуществляет начальную установку каналов 1 и устанавливает в положение "0" счетчик-делитель 10 и счетчик 11 угла фазирования Θ_o. Нулевой код этого угла с выхода счетчика 11 поступает на вход блока 12 памяти ошибок. Из нулевого адреса запоминающих устройств 13 и 14 считываются коды относительных ошибок δω угловой скорости на первом интервале сканирования. Если в фазированной антенной решетке обеспечивается точное фазовое распределение, то фактическое направление q_ф луча совпадает с заданным Θ_ф=Θ_o. (5)
При этом узловые точки, соответствующие зависимости Θ_ф=f(Θ_o), лежат на прямой 19 (пунктирная линия на фиг. 3), представляющей собой идеальную характеристику управления. Например, узловая точка 20 соответствует равным углам Θ_ф=Θ_o=σ_1/ , а точка 21 углам Θ_ф=Θ_o= σ₁+Δ. Ошибки управления лучом в этом случае отсутствуют. График точного сканирования между узловыми точками, осуществляемого пачкой i импульсов тактовой частоты с номинальной длительностью τ_o= τ_н, может быть изображен прямой, соединяющей точки 20 и 21. Угловая скорость перемещения луча на этом участке имеет заданное (номинальное) значение ω_o, что является главным условием точного управления ФАР. В реальной ФАР в силу погрешностей формирования фазового распределения каналами управления угол фазирования Θ_ф не совпадает с заданным углом Θ_o и узловые точки лежат вне прямой 19. Например, для точки 22 угол Θ_ф отличается от заданного угла Θ_o= Θ₁+2Δ в меньшую сторону на величину ошибки ΔΘ₁, а для точки 23 от угла Θ_o= Θ₁+3Δ в большую сторону на величину ΔΘ₂. Ошибки в положении луча в узловых точках приводят к изменению расчетной скорости при точном сканировании. Например, на участке между точками 21 и 22 расчетная скорость ω оказывается меньше, а на участке между точками 22 и 23 больше номинальной. В первом случае (δω₁<0) частота импульсов в пачке точного сканирования на выходе формирователя 9 больше, а длительность пачки меньше номинальной
(6)
и скорость сканирования увеличивается до номинального значения, при котором точка 22 проецируется в точку 24 на прямой 19. Во втором случае (δω₂>0)
(7)
и скорость сканирования уменьшается до номинального значения (точка 23). Тем самым обеспечивается постоянство скорости сканирования и точное управление лучом ФАР. Стартовый импульс, поступающий по шине 2, устанавливает счетчик 17 в начальное (нулевое) положение, после чего с выхода умножителя 16 частоты импульсы с повышенной частотой f_тγ подаются на счетный вход счетчика 17. Накопленный в счетчике 17 код поступает в качестве адреса на первую группу входов А1 постоянного запоминающего устройства 18. На вторую группу входов А2 этого устройства поступает код относительной ошибки δω_i с выхода сумматора 15. Запоминающее устройство 18 разбито на зоны, каждая из которых соответствует своему значению кода
(8)
где ν дискрета представления величины dw_i и E означает целую часть числа. В первые
q_i= E[I·γ(1+δω_i)+0,5]
адресов первого разряда каждой зоны занесены по i значений логической "1", образующих эквидистантную пачку с неравномерностью до одного адреса. Общее количество зон p=p_imakc. Во втором разряде запоминающего устройства 18 в каждой зоне занесено по одному значению логической "1" по адресам, совпадающим с концами пачки логических единиц в первом разряде. По остальным ячейкам памяти запоминающего устройства 18 занесены логические "0". По мере поступления тактовых импульсов код на выходе счетчика 17 и на входах А1 запоминающего устройства 18 возрастает и происходит последовательное считывание всех адресов 1-й зоны этого устройства, определяемой кодом p_i(δω_i) на входах А2. При этом на выходе Q₁ первого разряда формируется пачка I импульсов точного сканирования с длительностью τ, соответствующей выражению (3). Устройство позволяет при ограниченных аппаратных затратах достигнуть высокой точности управления за счет поглощения на входе детерминированных ошибок любой природы, включая ошибки квантования.

Формула изобретения

1. Устройство программного управления лучом фазированной антенной решетки по авт.св. N 1136699, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, в него введены управляемый формирователь пачек l импульсов точного сканирования, формирователь импульса конца пачки, блок памяти ошибок, состоящий из первого и второго постоянных запоминающих устройств и сумматора, умножитель частоты и счетчик угла фазирования, причем выход управляемого формирователя пачек l импульсов точного сканирования соединен с шиной тактовых импульсов и со счетными входами счетчиков-делителей n каналов управления, а также с исполнительным входом формирователя импульса конца пачки, выход которого подключен к счетному входу счетчика угла фазирования, установочные входы которого и установочные входы формирователя импульса конца пачки соединены с шиной стартовых импульсов, первые выходы счетчика угла фазирования подключены к входам первого постоянного запоминающего устройства, а выходы старших разрядов подключены к первой группе входов второго постоянного запоминающего устройства, выходы первого и второго запоминающих устройств соединены с соответствующими входами сумматора, выходы которого подключены к управляющим входам управляемого формирователя пачек l импульсов точного сканирования, исполнительный вход которого соединен с выходом умножителя частоты, вход которого является исполнительным входом устройства, а вторая группа входов второго постоянного запоминающего устройства является управляющими входами устройства управления лучом фазированной антенной решетки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок памяти ошибок выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, первая группа входов которого соединена с выходами счетчика угла фазирования, а вторая группа входов является управляющими входами устройства управления лучом фазированной антенной решетки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляемый формирователь пачек l импульсов точного сканирования и формирователь импульса конца пачки выполнены в виде одного блока, состоящего из двухразрядного постоянного запоминающего устройства и счетчика, причем первый установочный вход счетчика соединен с шиной стартовых импульсов, а выходы подключены к первой группе входов двухразрядного постоянного запоминающего устройства, вторая группа входов которого является управляющими входами, а выход его первого разряда - выходом управляемого формирователя пачек l импульсов точного сканирования, счетный вход счетчика является исполнительным входом управляемого формирователя пачек l импульсов точного сканирования, а выход второго разряда двухразрядного постоянного запоминающего устройства, соединенный с вторым установочным входом счетчика, является выходом формирователя импульса конца пачки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3