Способ измерения пространственных характеристик передающей антенны

 

Область использования: изобретение относится к технике антенных измерений, в частности к облетным методам измерений передающих антенн. Цель изобретения - повышение точности измерений передающих антенн метрового и декаметрового диапазонов . Цель достигается использованием бортовой измерительной аппаратуры с известными координатами, перемещаемой в пространстве относительно измеряемой антенны с помощью летательного аппарата, и включает операции излучения измерительных сигналов частоты измеряемой антенной , приема измерительных сигналов и сигналов опорного канала бортовой антенной , измерения отношения мощности принятых измерительных и опорных сигналов. При этом в процессе измерений излучают бортовой вспомогательной антенной в направлении наземной аппаратуры сигнал частоты fi в диапазоне СВЧ, принимают сигнал частоты fi наземной антенной опорного канала, формируют из сигнала, излучаемого исследуемой антенной частоты fo, и принятого сигнала частоты fi сигнал частоты f2 fi+fo, излучают его опорной антенной в сторону бортовой измерительной аппаратуры , принимают его бортовой вспомогательной антенной, формируют путем совместного преобразования из принятого сигнала частоты и сигнала частоты f 1 сигнал опорного канала частоты fo. 2 ил. (л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССР) (21) 4879830/09 (22) 02,11.90 . (46) 30,11.92. Бюл. М 44 (72) A.Ô.Ñòðàõîâ, В.М.Бондаренко и

О,А.Страхов (56) Фрадин А.З. и Рыжков Е.В. Измерения параметров антенно-фидерных устройств.

M. Связь. 1972; с. 256 — 259.

Страхов А.Ф. Автоматизированные антенные измерения. M.: Радио и связь, 1985, с, 72 — 75. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕДАЮЩЕЙ АНТЕННЫ (57) Область использования: изобретение относится к технике антенных измерений, в частности к облетным методам измерений передающих антенн. Цель изобретения— повышение точности измерений передающих антенн метрового и декаметрового ди. апазонов. Цель достигается использованием бортовой измерительной аппаратуры с известными координатами, перемещаемой в

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к облетным методам измерений передающих антенн и ФАР; Известны облетные способы измерений пространственных характеристик стационарных антенн, основанные на перемещении измерительной аппаратуры в пространстве относительно измеряемой антенны с помощью пилотируемых и непилотируемых летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, привязных аэростатов и т.д,). Примером могут служить способы, описанные в научно-технической литературе: Фрадин А.З.. Рыжков Е.В. Иэ... Ы,, 1778713 А1 пространстве относительно измеряемой антенны с помощью летательного аппарата, и включает операции излучения измерительных сигналов частоты измеряемой антенной; приема измерительных сигналов и сигналов опорного канала бортовой антенной, измерения отношения мощности принятых измерительных и опорных сигналов

При этом в процессе измерений излучают бортовой. вспомогательной антенной в направлении наземной аппаратуры сигнал частоты f< в диапазоне СВЧ, принимают сигнал частоты f> наземной антенной опорного канала, формируют из сигнала, излучаемого исследуемой антенной частоты fo, и принятого сигнала частоты f< сигнал частоты f2-f<+fo, излучают его опорной антенной в сторону бортовой измерительной аппаратуры, принимают его бортовой вспомогательной антенной, формируют путем совместного преобразования иэ принятого сигнала частоты и сигнала частоты fi сигнал опорного канала частоты fo. 2 ил. мерения параметров антенно-фидерных устройств. 2-е доп. изд. M. Связь, 1972, с.

256-259; Методы измерения характеристик .антенн СВЧ. Под рер, Н.M.Öåéòëèíà. M.:

Радио и свэяь, 1985, с. 128-135; О комплексной автоматизации измерений радиотехнических параметров антенн, Ю.H.Ìàðòûíåíêo, В.Л. Сергеев, А.Ф.Страхов, Н.С.Тарасов, Докл. Всесоюзн. научнотехнич, конф. по радиотехническим измерениям. Т.2. СНИИМ, Новосибирск, 1970, с. 152 — 155.

Общим недостатком известных способов является недостаточная точность изме1778713 рений пространственных характеристик передающих антенн в диапазоне метровых, декаметровых длин волн вследствие трудностей организации стабильных пространственных характеристик опорной антенны.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ измерения пространственных характеристик передающей антенны, включающий поочередное излучение импульсного сигнала исследуемой и опорной антеннами, прием излученного сигнала на борту летательного аппарата, перемещающегося в дальней зоне исследуемой антен. ны, измерение отношение мощностей сигналов, излученных исследуемой и опорной антеннами, измерение угловых координат летательного аппарата; при этом ось опорной антенны ориентируют в направлении на летательный аппарат в процессе измерений (см. Страхов А.Ф.

Автоматизированные антенные измерения.

M.: Радио и связь, 1985, с. 72-75 рис. 4,2).

Этот способ принимается эа прототип.

Способ-прототип основан на использовании. бортового измерителя отношения мощностей сигналов, перемещаемого в пространстве относительно исследуемой антенны с помощью летательного аппарата, опорной антенны на частоте исследуемой антенны, средств измерения координат летательного аппарата и включает поочередное излучение импульсного сигнала исследуемой и опорной антеннами, прием излученного сигнала на борту летательного аппарата, измерение отношения мощностей сигналов, излученных исследуемой и опорной антеннами, измерение угловых координат летательного аппарата, ориентирование оси опорной антенны на летательный аппарат в процессе измерений. При этом согласуют во времени измеренные отношения мощностей сигналов от исследуемой и опорной антенн с измеренными координа4 тами летательного аппарата и по известным алгоритмам определяют пространственные характеристики исследуемой передающей антенны.

Один иэ вариантов реализации способа-прототипа приведена на фиг, 1.

Устройство содержит генератор 1 сиг.налов, исследуемую передающую антенну 2, бортовую измерительную антенну 3, соединенную с входом бортового измерителя 4 отношений мощностей сигналов, выходом подключенного к входу бортовой телеметрической аппаратуры 5, взаимодействующей с наземной телеметрической аппаратурой 6, наземную опорную антенну

7; излучающую сигналы в направлении антенны 3, летательный аппарат 8 для размещения бортовой аппаратуры, координаты которой измеряются пеленгатором 9 координат, наземную ЭВМ 10, информационные

5 входы которой. подключены к информационным выходам наземной телеметрической аппаратуры 6, пеленгатора координат 9 и опорно-поворотного устройства следящей антенны 7, управляющие выходы 3ВМ 10

10 подключены к входам управления генератора сигналов 1, исследуемой антенны 2, наземной телеметрической аппаратуры 6, опорно-поворотному устройству наземной следящей антенны 7, а информационный

15 выход ЭВМ 10 является выходом устройства.

Работа устройства (фиг. 1), реализующего способ-прототип, заключается в следующем. Бортовой измеритель 4 с приемной

20 бортовой измерительной антенной,.3 вводится с помощью летательного аппарата 8 в зону измерений. которая, как правило, находится в пределах главного и боковых лепестков диаграммы направленности (ДН)

25 исследуемой антенны 2 на расстоянии, уДовлетворяющем условиям дальней зоны (или ближе — в зависимости от задач и методики конкретных измерений). Генератор 1 сигналов эапитывает исследуемую переда30 ющую антенну 2 и наземную следящую опорную антенну 7, которые попеременно излучают импульсные радиосигналы одной и той же частоты fo в направлении бортовой антенны 3. Прецизионный пеленгатор коор35 динат 9, постоянно направленный на летательный аппарат 8, выдает его координаты (рпк, бЬК, Впк) на вход 3ВМ 10, куда также вводится текущие координаты положения опорной антенны 7 (pAQK Одок), ЭВМ 10

40 сравнивает рпк и едок; як и Одок вырабатывает поправки Лфдок, ЛОдок, которые подаются на опорно-поворотное устройство антенны 7, обеспечивая ее постоянную ориентацию на летательный аппа45 рат 8. Бортовой измеритель 4, работая в двухтактном режиме, по сигналам с выхода бортовой антенны 3 измеряет отношение. мощностей сигналов, излученных исследуемой 2 и опорной 7 антеннами. Величины измеренных отношений с выхода блока 4 через бортовую телеметрическую аппаратуру 5 поступают на .наземную телеметрическую аппаратуру 6, с выхода которой подаются на информационный вход ЭВМ

10, на второй информационный вход которой поступают с выхода пеленгатора 9 текущие координаты летательного аппарата 8, а на третий — текущие координаты опорной антенны 7. На основе этой входной инфор1778713

10

20

35

40 частоты fo.

50 Другими словами, цель достигается тем,, что работа опорной антенны при измерени55 мации 3ВМ 10 производит отсчет значений параметров сигналов с выхода телеметрической аппаратуры 6, привязывает измеренные значения отношения мощностей сигналов с выхода блока 4 к текущим координатам летательного апг|арата 8, формирует.массив первичной измерительной информации о параметрах исследуемой передающей антенны 2, вырабатывает сигналы управления режимом работы исследуемой антенны 2, генератора 1 и на.земной телеметрической аппаратуры 6. Поскольку опорная антенна 7 постоянно .наводится на летательный аппарат 8, параметры антенны 7 предварительно известны . и не зависят от ориентации в пространстве, то в результате учета известных параметров опорной антенны 7, вэаимнога расположения антенн 2 и 7, а также пеленгатора координат 9, в ЭВМ 10 производят обработку полученного массива первичной измерительной информации на основе известных

:соотношений и получают значения пространственных характеристик исследуемой антенны 2. Характерной особенностью уст- 2 райства, реализующего способ-прототип, является то, что исследуемая антенна 2 и опорная антенна 7 работают на одной и той же частоте fo, излучая сигналы попеременно

B сторону бортовой антенны 3.

Точность, измерений пространственных характеристик исследуемой стационарной передающей антенны 2 с помощью устройства фиг. 1 в значительной степени зависит от точности априорной информации о действительных параметрах следящей опорной антенны 7. B диапазоне сантиметровых и, более коротких длин волн зта условие обычно.обеспечивается в пределах приемлемых погрешностей. Диагор.эмма направленности и другие важные характеристики опорной антенны 7 остаются практически неизменными в широких пределах углов сканирования (за исключением малых углов места, когда происходит искажение ДН, и других 4 характеристик опорной антенны за счет влияния,подстилающей поверхности).

При переходе к измерениям пространственных характеристик исследуемых ан. тенн, работающих в диапазоне метровых и декаметравых волн, реализовать требуемое постоянство характеристик следя щей опорной антенны 7 в диапазоне углов сканирования практически невозможно. 3а счет . переменного характера влияния подстилающей поверхности и сложного рельефа местности пространственные характеристики такой опорной антенны при ее сканировании по азимуту и углу места будут изменяться в значительных пределах и непредсказуемым образом. В результаге не только снижается точность определения пространственных характеристи исследуемой антенны 2 на основе способа-прототипа, но и теряет смысл организация относительных измерений с помощью опорной антенны.

Таким образом, недостаткам способапрототипа является невозможность обеспечения требуемой точности измерения пространственных характеристик передающих антенн, работающих в диапазонах метровых и декаметровых волн.

Целью способа является устранение недостатков прототипа, а именно повышение точности при измерении в диапазонах метровых и декаметровых волн.

Цель достигается тем, чта в способе измерения пространственных харя теристик передающей антенны, включающем поочередное излучение импульсного сигнала исследуемой и опорной антеннами, прием излученнога сигнала на борту летательного аппарата, перемещающегося в дальней зане исследуемой антенны, измерение отнашения мощностей сигналов, излученных исследуемой и опорной антеннами, измерение угловых координат летательного аппарата, при этом ось опорной антенны ориентируют в направлении на летательный аппарат в процессе измерений, дапалнительно перед излучением сигнала опорной антенной на борту летательного аппарата после приема сигнала, излученнога исследуемай антенной, формируют импульсный сигнал частоты f< в диапазоне СВЧ стабильной амплитуды, излучают его бортовой вспомогательной антенной, принимают излученный сигнал опорной антенной, формируют из принятого сигнала частогы f> и излучаемого исследуемой антенной сигнала частоты fo сигнал частоты f2=f1 fo, которнй используют в качестве сигнала, излучаемого опорной антенной и который принимают на борту летательного аппарата вспомогательной антенной, из принятого сигнала и сигнала частоты f> формируют опарнь,й сигнал ях передающих антенн метрового и более длиннавалнаваго диапазона организуется в диапазоне СВЧ (сантиметровам или более коротковолновом диапазоне), где обеспечивается постоянство характеристик опорной антенны в секторе измерений.

Заявленный положительный зффектдостигается за счет исключения влияния, 1778713

1) нестабильности уровня мощности генератора. запитывэющего исследуемуо и опорную антенны, и

2) нестабильности характеристик направленности опорной антенны в диапазоне метровых и декаметровых волн.

Вариант реализации заявленного способа с помощью устройства для измерения пространственных характеристик передающей антенны, работающей в метровом и более длинноволновом диапазоне, приведен на фиг. 2. Устройство содержит наземный генератор сигналов 1 частоты fo, исследуемую передающую антенну 2, сигналы которой принимаются бортовой измерительной антенной 3, бортовой измеритель отношений мощностей сигна. лов 4, входом подключенный к антенне 3, а выходами — к входу бортового СВЧ генератора 11 и к входу бортовой телеметрической аппаратуры 5, взаимодействующей с наземной телеметрической аппаратурой 6, наземную следящую приемопередающую опорную антенну 7, взаимодействующую с бортовой вспомогательной приемопередающей антенной 12, летательный аппарат 8 для размещения бортовой аппаратуры. координаты которого измеряются пеленгатором 9, наземную ЭВМ 10, информационные входы которой подключены к информационным выходам наземной телеметрической аппаратуры 6, пеленгатора координат 9 и опорно-поворотного устройства опорной антенны 7, управляющие выходы подключены к входам управления генератора 1, исследуемой антенны 2, наземной телеметрической аппаратуры 6, опорно-поворотного устройства опорной антенны 7, а информационный выход ЭВМ является выходом устройства, усилитель-ограничитель

13 сигнала частоты fl с выхода опорной антенны 7, смесителоь 14 сигналов частоты f0 с выхода блока 1 и частоты f< -. выхода блока

13, соединенного с входом фильтра 15 для выделения сигнала частоты 4 и подачи его на вход опорной антенны 7, смеситель 16 сигнала частоты f) от бортового СВЧ генератора 11 и принятого антенной 12 сигнала частоты f2, фильтр 17 выделения результирующего опорного сигнала частоты fp с выхода блока 16 и подачи этого опорного сигнала на опорный вход бортового измерителя отношений 4, причем вгорой выход блока 11 соединен с входом бортовой антенны l2, Обозначения блоков в составе устройства фиг, 2, выполняющих идентичные функции по отношению к блокам устройства-прототипа фиг, 1, имеют одинаковую нумерацию.

15

30 на другой вход которого подается сигнал

40 частоты fp с выхода генератора сигналов 1.

С помощью фильтра 15 из выходного сигна45

Устройство фиг. 2, реализующее заявленный способ, работает следующим образом. Перед началом измерений бортовая аппаратура вводится в пространственный сектор измерений с помощью летательного аппарата 8. координаты его положения измеряются пеленгатором 9 и нэ их основе по командам от ЭВМ 10 опорная антенна 7 наводится на летательный аппарат 8, как и при реализации способа-прототипа с помощью устройства фиг. 1 Измерительные сигналы частоты fo с выхода наземного генератора 1 подаются на исследуемую передающую антенну 2, излучаются ею и принимаются бортовой приемной измерительной антенной 3. С выхода бортовой антенны 3 сигнал частоты fo поступает на вход бортового измерителя отношений мощностей сигналов 4 и величина мощности его запоминается, После приема блоком 4 измерительного сигнала частоты fo от бортовой антенны 3 на его синхронизирующем выходе формируется синхроимпульс для подачи от бортового генератора 11 сигнала высокой стабильности частоты fl e бортовую вспомогательную антенну 12. Сигнал частоты fl является первичным опорным сигналом.

Сигнал частоты fl излучается бортовой антенной 12 и принимается наземной опорной антенной 7. Принятый опорный сигнал частоты fl с выхода антенны 7 подается на усилитель-ограничитель 13, введение которого обеспечивает независимость амплитуды первичного опорного сигнала частоты f>

ol вариаций расстояния между антеннами 7 и 12 при перемещении летательного аппарата 8 по траекториям. С выхода блока 13 сигнал частоты f1 подается на смеситель 14, ла блока 14 выделяется вторичный опорный сигнал частоты fz, который передается на вход передатчика опорной антенны 7, Вторичный опорный сигнал частоты fz излучается антенной 7, принимается бортовой вспомогательной антенной 12. С выхода антенны 12 сигнал частоты f2 подается на один вход смесителя 16, на другой вход которого заводится сигнал частоты f1 от генератора

11. На выходе блока 16 с помощью фильтра

17 выделяется результирующий опорный сигнал частоты fg, который подается на опорный вход бортового измерителя отношений 4. В блоке 4 производится измерение отношения мощности ранее принятого сигнала частоты fo, излученного исследуемой антенной 2, по отношению к мощности сигнала частоты fo с выхода фильтра 17. Далее., как и в устройстве фиг. 1, реализующем спо1778713 l0

45 соб-прототип, величины измеренных отношений с выхода блока 4 через блок 5, блок б подаются на информационный вход ЭВМ

10, на второй информационный вход которой поступают с выхода пеленгатора координат 9 текущие координаты летательного аппарата 8, а на третий — с выхода опорноповоротного устройства опорной антенны 7 текущие координаты положения этой антенны. С управляющих выходов ЭВМ 10 вырабатываются сигналы управления режимов работы телеметрической аппаратуры 6, исследуемой антенны 2, генератора 1 и опорной антенны 7. Наведение опорной антенны

7 на летательный аппарат 8, обработка первичной измерительной информации и определение пространственных характеристик исследуемой передающей антенны производятся также, как в техническом решении, принятом за прототип, Отличительной особенностью устройства, реализующего заявленный способ, является то, что исследуемая антенна и опорная антенна работают в разных диапазонах частот (исследуемая антенна — в метровом и более длинноволновом диапазоне, опорная антенна — в сантиметровом или более, коротковолновомм диапазоне).

Как уже отмечалось ранее, первичный опорный сигнал излучается на частоте f1, а вторичный опорный сигнал — на частоте fz, представляющей собой сумму (о+11) частот, С тачки зрения принципа действия устройства фиг. 2 выбор значения частот fi и f< не имеет значения. Определяющим условием является независимость параметров опорной антенны 7 от влияния подстилающей поверхности при ее сканировании по азимуту и углу места в процессе измерений характеристик исследуемой антенны 2.

Например, при измерении передающих антенн на частоте (1о=10 Гц) опорная антенна

7 может работать на частотах (г1=-10 Гц) и (fz=-1,001 10 Гц), на которых пространст10 венные характеристики этой опорной антенны. (при углах места более 3 угловых градусов от уровня подстилающей поверхнасти) можно считать практически неизменными, Общественно-полезный эффект от заявленного технического решения заключается в повышение точности измерений характеристик стационарных передающих антенн, 5

40 работающих в метровом и б" лг е д«инной<«1новых диапазонах. Например, р< ;;ц-у id<4/ погрешности измерения ДН лнтенн декаметрового диапазона в прел .лак и «< н главного луча составляют около 3,5 дб. (1ри реализации предложенного способа эти погрешности можно снизить до 1,0 дБ — клк это достигается при измерениях антенн СВ Iдиапазона.

Экономический эффект может бь<ть получен путем сокращения затрат на создание антенных систем с заданными значениями пространственных характеристик. Оценку ожидаемого эффекта можно произвес1и только после внедрения заявляемого способа применительно к конкретному объекту измерений.

Формула изобретения

Способ измерения пространственных характеристик передающей антенны, включающий поочередное излучение импульсного сигнала исследуемой и опорной антеннами, прием излученного сигнала на борту летательного аппарата, перемещающегося в дальней зоне исследуемой антенны, измерение отношения мощностей сигналов. излученных исследуемой и опорной антеннами, измерение угловых координат летательного аппарата, при этом ось опорной антенны ориентируют в направлении на летательный аппарат в процессе измерений и определения пространственных характеристик исследуемой антенны по результатам измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении в диапазонах метровых и дека метровых волн, перед излучением сигнала опорной антенной на борту летательного аппарата после приема сигнала, излученного исследуемой антенной, формируют импульсный сигнал стабильной амплитуды частоты f1 в диапазоне СВЧ, излучают его бортовой вспомогательной антенной, принимают излученный сигнал опорной антенной, формируют из принятого сигнала частоты f> и излучаемого исследуемой антенной сигнала частоты fo сигнал частоты

fZ=f1+fo, который используют в качестве сигнала, излучаемого опорной антенной, и который принимают на борту легагельного аппарата вспомогательной антенной. из принятого сигнала частоты fl формируют опорный сигнал частоты fo, 1778713. 0Л

ЮРЯЮЛЧ/О

1778713

Рц

Ъор

Од/МОРАl

Фиг. 2

Составитель В. Бондаренко

Редактор Т. Полионова Техред М.Моргентал Корректор M. Андрушенко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5 е