Способ управления амплитудно-фазовым распределением на раскрыве фазированной антенной решетки

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при управлении амплитудно-фазовым распределением (АФР) на раскрыве фазированной антенной решетки (ФАР) с дискретным управлением фазами токов возбуждения излучателей с помощью p-разрядных полупроводниковых фазовращателей. Повышение оперативности реализации требуемого АФР достигается тем, что в предлагаемом способе компенсации погрешностей установки фазовых состояний p-разрядных фазовращателей ФАР осуществляется на основе использования данных СВЧ-контроля о координатах неисправных p-разрядных фазовращателей, номерах отказавших в них переключающих элементов в видах отказов (обрывы или короткие замыкания), а также о снижении амплитуд токов возбуждения поврежденных излучателей ФАР. Повышение точности реализации требуемого АФР на раскрыве ФАР достигается путем отключения линий передачи СВЧ-энергии от излучателей, у которых значение амплитуд токов возбуждения снизилось ниже допустимой величины, и перераспределения СВЧ-энергии, поступающей от приемопередающего блока РЭС, между ее остальными излучателями. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при управлении амплитудно-фазовым распределением на раскрыве фазированной антенной решетки (ФАР) с дискретным управлением фазами токов возбуждения излучателей с помощью p-разрядных полупроводниковых фазовращателей.

Известен способ управления амплитудно-фазовым распределением на раскрыве линейных и поверхностных ФАР, при котором фазовращатели посредством операций "включено-выключено" с дискретом Δϕ устанавливают в фиксированные состояния, ближайшие к заданному состоянию в соответствии с требуемым положением главного максимума диаграммы направленности (ДН) ФАР (см. А.с. СССР N 138974).

Недостаток данного способа состоит в том, что на раскрыве ФАР формируется периодическое распределение коррелированных между излучателями погрешностей квантования фазы, что влечет за собой рост боковых лепестков ДН, увеличение погрешностей установки главного максимума ДН в заданное положение, снижение коэффициента усиления ФАР.

Для устранения этого недостатка в ряде работ (изложение которых приведено в книге: Самойленко В.И., Шишов Ю.А. "Управление фазированными антенными решетками", М.: Радио и связь, 1983, с.137-144) был предложен способ управления амплитудно-фазовым распределением на раскрыве ФАР, в котором корреляцию погрешностей квантования фазы на раскрыве ФАР осуществляют путем введения случайного или нелинейного распределения начальной фазы токов возбуждения излучателей с последующей их компенсацией при формировании кодов управления фазовращателями.

Недостаток способа состоит в том, что при его технической реализации остается нескомпенсированным производственный разброс вносимого фазовращателями значения фазового сдвига. Также остаются нескомпенсированными искажения диаграммы направленности ФАР, возникающие при выходах из строя переключающих элементов фазовращателей. Это приводит к снижению точности установки главного максимума ее ДН в заданное положение, а также к снижению коэффициента усиления ФАР и росту боковых лепестков ее ДН.

Для устранения этих недостатков в статье Клейменова Ю.К. и Голика А.М. "Повышение точности реализации требуемого амплитудно-фазового распределения" (см. Антенные измерения: Тезисы докладов Пятой Всесоюзной конференции "Метрологическое обеспечение антенных измерений "ВКАИ-5, Ереван, 1990, с. 328-331) рассмотрен способ управления амплитудно-фазовым распределением на раскрыве ФАР, в котором ее p-разрядные фазовращатели устанавливаются в фиксированные состояния, ближайшие к заданному состоянию, определяемому требуемым положением главного максимума диаграммы ФАР, осуществляется декорреляция погрешностей квантования фазы на раскрыве ФАР путем введения случайного или нелинейного распределения начальной фазы токов возбуждения излучателей с последующей ее компенсацией при формировании кодов управления p-разрядными фазовращателями, систематические составляющие погрешностей установки состояний каждого из фазовращателей, обусловленных производственным разбросом характеристик фазовращателей и выходами из строя их переключающих элементов, рассчитываются на основе данных СВЧ-контроля характеристик поля соединенного с ним излучателя и учитываются при компенсации начального значения фазы его тока возбуждения, а случайные составляющие погрешностей установки состояний каждого из фазовращателей компенсируются путем осуществления 2^p переключений одновременно всех p-разрядных фазовращателей ФАР в очередные состояния, измерения параметров сигналов, принятых ФАР, и усреднения результатов 2^p измерений.

Известный способ реализован в устройствах по авт. св. N 1580393, 1599794, 1774282. Данный способ по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбран в качестве прототипа.

Недостаток известного способа управления амплитудно-фазовым распределением на раскрыве ФАР состоит в том, что при его технической реализации остается нескомпенсированным искажение амплитудно-фазового распределения на раскрыве ФАР при механических повреждениях ее излучающих элементов, приводящих к снижению точности установки главного максимума ДН ФАР в заданное положение, значительному снижению ее коэффициента усиления и росту боковых лепестков ДН. Кроме того, необходимость использования 2^p установок положения главного максимума ДН ФАР при реализации известного способа приводит к снижению оперативности использующей ФАР радиоэлектронной системы (РЭС).

Целью изобретения является повышение оперативности и точности реализации требуемого амплитудно-фазового распределения на раскрыве ФАР.

Поставленная цель достигается тем, что при управлении амплитудно-фазовым распределением на раскрыве ФАР известным способом, включающим операции установки ее p-разрядных фазовращателей в состояния, соответствующие требуемому положению главного максимума диаграммы направленности ФАР, декорреляции погрешностей квантования фазы на раскрыве ФАР путем введения случайного или нелинейного распределения начальной фазы токов возбуждения излучателей с последующей ее компенсацией при формировании кодов управления фазовращателями, компенсации погрешностей установки состояний каждого из p-разрядных фазовращателей ФАР, обусловленных производственным разбросом характеристик p-разрядных фазовращателей и выходами из строя их переключающих элементов. Кроме того, по результатам контроля амплитудно-фазовых характеристик излучателей ФАР определяются координаты излучателей, амплитуды токов возбуждения которых снизились ниже допустимой величины, координаты излучателей, симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, а также координаты неисправных p-разрядных фазовращателей, номера отказавших в них переключающих элементов и виды отказов переключающих элементов, после чего осуществляется расчет нормированного значения уровня сигнала, излучаемого ФАР в заданном направлении, для 2^p случаев одновременного изменения состояний всех ее p-разрядных фазовращателей на величину дискрета их переключения Δϕ , где Δϕ = 360^o/2^p, при этом амплитуды токов возбуждения излучателей, значения которых снизились ниже допустимой величины, и излучателей, симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, принимаются равными нулю, сравнение рассчитанных значений нормированных уровней сигнала и выявление максимального из них, установление p-разрядных фазовращателей в состояния, соответствующие максимальному рассчитанному значению нормированного уровня сигнала, и отключение излучателей, у которых амплитуды токов возбуждения снизились ниже допустимой величины, и симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР излучателей.

На чертеже приведен вариант технической реализации предлагаемого способа.

Изображенное на чертеже устройство содержит: N x M -элементную ФАР 1, N x M p-разрядных фазовращателей 2, N x M СВЧ-выключателей 3, СВЧ-сумматор-делитель 4, блок 5 согласования, N x M устройство 6 управления СВЧ-выключателем, вычислитель 7 фаз, блок 8 встроенного контроля, цифровое вычислительное устройство 9, тест-антенну 10.

Управление ФАР на раскрыве ФАР по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

После установки фазовращателей в дискретные состояния в соответствии с заданным направлением излучения и в соответствии с начальной фазой тока возбуждения соответствующего излучателя на основе данных СВЧ-контроля о координатах неисправных p-разрядных фазовращателей, номерах отказавших в них переключающих элементов и видах отказов (обрывы или короткие замыкания), а также о снижении амплитуд токов возбуждения поврежденных излучателей ФАР, 2^p раз осуществляется расчет нормированного значения уровня сигнала, излучаемого ФАР в заданном направлении, для 2^p случаев одновременного изменения состояний всех ее p-разрядных фазовращателей на величину дискрета их переключения Δϕ (Δϕ = 360^o/2^p, при этом амплитуды токов возбуждения поврежденных излучателей, значение которых снизилось ниже допустимой величины, определяемой функциональным назначением использующей ФАР радиоэлектронной системы (РЭС), а также симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, при расчетах принимаются равными нулю.

Расчет нормированного значения уровня сигнала, излучаемого ФАР в заданном направлении, осуществляется на основе использования известного выражения для определения значения множителя ДН ФАР: где m,n-номер строки и столбца ФАР соответственно (m=1,M;n = 1,N); A(m,n)-амплитуда тока возбуждения mn-го излучателя ФАР; Ф(m, n)-фаза тока возбуждения mn-го излучателя ФАР (для выбранного направления излучения); Θ_x,y-Θ_x и Θ_y - угловые координаты направления ( определяемые относительно нормали к плоскости ФАР, установленной из ее геометрического центра), в которое устанавливается главный максимум диаграммы направленности ФАР; Q_x,y - Q_x и Q_y - угловые координаты точки ДН, в которой рассчитывается нормированное значение уровня сигнала, излучаемого ФАР (т.е. Q_x= Θ, а Q_y= Θ_y). Подставляемое в выражении (1) при расчетах , Q_x,y) значение амплитуды тока возбуждения mn-го излучателя ФАР A(m,n) определяется по результатам СВЧ-контроля. Для этой цели может быть использован любой из методов дифференциального СВЧ-контроля характеристик ФАР, описанных в статье Ю.А.Шишова, А.М.Голика и др. "Адаптация управления ФАР по результатам встроенного контроля" (Заруб. радиоэлектроника, 1990, N9, с. 69-75). При этом значение амплитуды токов возбуждения поврежденных излучателей ФАР, у которых A(m,n)<A,
где A_пор-допустимое значение величины A(m, n), определяемое функциональным назначением использующей ее РЭС,
а также излучателей, симметричных поврежденным по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, т.е. имеющих координаты
A[(M-m)+1, (N-n)+1]
при расчетах принимаются равными нулю.

Подставляемое в выражение (1) при расчетах , Q_x,y) значение фазы тока возбуждения mn-го излучателя ФАР Ф(m,n)представляет собой следующую сумму:

где Ф_упр(m,n) - фазовое состояние исправного p-разрядного фазовращателя ФАР, в которое он устанавливается в соответствии с заданным направлением излучения Θ_x,y .

,
где Ф_нач(m, n)- начальное фазовое распределение, которое может быть нелинейной или случайной функцией координат излучателей;
Δϕ - дискрет управления фазой;
Ent{a} - определение целой части числа a,
Ф_тр(m, n) - требуемая фаза тока возбуждения m,n - излучателя ФАР для заданного положения луча, определяемая в соответствии с выражением:
Ф_тр(m,n) = k(nd_xcosΘ_x+md_ycosΘ_y), (5) ,
где d_x и d_y - расстояния между излучателями ФАР по осям X и Y соответственно;
k = 2π/λ - волновое число;
λ - рабочая длина волны РЭС;
l - номер имитируемой фазовой подставки, одновременно изменяющей состояния всех p-разрядных фазовращателей ФАР в выражении (4) на величину Δϕ (l= 1,2,...,2^p);
{.}=S(m,n) - номер дискретного соотношения mn-го фазовращателя
(S_ij = 0,1,2,... ...2^p-1);
Ф^(S_пр⁾(m,n) и Ф^(S)_погр(m,n) - производственный разброс характеристик mn-го фазовращателя и погрешность установки его состояния, обусловленная отказами переключающих элементов, определяемые путем СВЧ-контроля амплитудно-фазовых характеристик соединенного с mn-м фазовращателем излучателя ФАР.

В выражении (4) функции Ф_тр(m,n) и Ф_нач(m,n) соответствуют известному способу формирования провалов в диаграмме направленности ФАР в направлениях на источники помех, а фазовая подставка 1, одновременно изменяющая фазовые состояния всех фазовращателей ФАР в известном способе, в предлагаемом способе используется для определения максимального из 2^p возможных значений уровней сигналов, излучаемых ФАР в заданное направление излучения (Θ_x,Θ_y) , путем их расчета в соответствии с (1), а также определения номера фазовой подставки, соответствующей максимальному из 2^p возможных значений F ( Θ_x,y , Q_x,y) в заданном направлении излучения - l_Fmax.

По завершении расчетов на все фазовращатели ФАР подается значение кода фазовой подставки l_Fmax, т. е. на все фазовращатели ФАР (независимо от их состояния) подается код управления

отключаются линии передачи СВЧ-энергии от излучателей, у которых значение амплитуд токов возбуждения A(m, n) снизилось ниже допустимой величины A_пор, а также от симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, и осуществляется перераспределение СВЧ-энергии, поступающей от приемо-передающего блока РЭС, между остальными излучателями ФАР.

Наличие механических повреждений излучателей фар приводит к искажению симметрии АФР на ее раскрыве и значительному снижению характеристик излучения : снижению точности установки главного максимума ДН ФАР в заданное положение, значительному снижению ее коэффициента усиления и росту боковых лепестков ДН. Поэтому в предлагаемом способе, используя информацию о координатах поврежденных излучателей, а также об амплитуде тока их возбуждения, поступающую от средств встроенного контроля, отключают линии передач СВЧ-энергии от излучателей, у которых значение амплитуд токов возбуждения снизилось ниже допустимой величины, определяемой функциональным назначением РЭС (в соответствии с выражением 2), а также от симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР и перераспределения СВЧ-энергии, поступающей от приемо-передающего блока РЭС, между остальными излучателями ФАР.

Причинами неисправностей дискретных полупроводниковых фазовращателей являются обрывы, либо короткие замыкания в цепях переключающих элементов, а также в цепях, обеспечивающих их питание. В табл. 1 приведены наиболее вероятные варианты неисправностей для трехразрядного проходного pin-диодного фазовращателя.

Приведенные в табл. 1 данные показывают, что фазовращатель, имеющий в своем составе любое сочетание отказавших переключающих элементов, может быть установлен в состояние, соответствующее коду команды управления. Одновременное переключение всех фазовращателей ФАР в очередное дискретное состояние (т. е. на величину дискрета переключения - Δϕ) при отсутствии в них отказавших переключающих элементов не вызовет искажений фазового фронта излучаемой (принимаемой) ФАР волны. При наличии неисправных переключающих элементов в отдельных фазовращателях ФАР одновременное переключение всех ее фазовращателей и измерение уровня сигнала на выходе приемника при каждом переключении позволит найти такую фазовую подставку l (см. выражение (4)), при которой погрешности установки фазовых состояний для неисправных фазовращателей будут практически устранены, либо сведены к минимальным значениям.

Например, пусть в 5-элементной линейной ФАР коды фазовых состояний фазовращателей, соответствующие требуемому направлению главного максимума диаграммы направленности ФАР, составляют:
1 - 000, 2 - 001, 3 - 010, 4 - 011, 5 - 100.

Однако в четвертом фазовращателе отказали все переключающие элементы (короткое замыкание - код состояния 111) и погрешность его состояния (в соответствии с табл. 1) составляет 180^o, т.е. фазовращатели ФАР примут состояния, соответствующие следующим кодам:
1 - 000, 2 - 001, 3 - 010, 4 - 111, 5 - 100,
что несомненно вызовет искажения диаграммы направленности ФАР.

Перевод всех фазовращателей ФАР в очередные фазовые состояния 2^p раз приведет к следующим результатам:
l= 1, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 001, 2 - 010, 3 - 011, 4 - 100, 5 - 101,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 135^o;
l= 2, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют;
1 - 010, 2 - 011, 3 - 100, 4 - 101, 5 - 110,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 90^o;
l= 3, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 011, 2 - 100, 3 - 101, 4 - 110, 5 - 111,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 45^o;
l= 4, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1- 100, 2 - 101, 3 - 110, 4 - 111, 5 - 000,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 0^o;
l= 5, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 101, 2 - 110, 3 - 111, 4 - 000, 5 - 001,
а погрешность установки четвертого фазовращателя --45^o;
l= 6, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 110, 2 - 111, 3 - 000. 4 - 001, 5 - 010,
а погрешность установки четвертого фазовращателя --90^o;
l= 7, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 111, 2 - 000, 3 - 001, 4 - 010, 5 - 011,
а погрешность установки четвертого фазовращателя --135^o;
l= 8, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 000, 2 - 001, 3 - 010, 4 - 111, 5 - 100,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 180^o.

Таким образом, в рассмотренном примере при одновременном изменении состояний всех фазовращателей ФАР на величину, равную 180^o, что соответствует четвертой фазовой подставке (l_Fmax=4), искажения диаграммы направленности ФАР, обусловленные отказами переключающих элементов четвертого фазовращателя, будут скомпенсированы.

Для определения номера требуемой фазовой подставки необходимо 2^p раз в соответствии с (1) провести расчет нормированного значения уровня сигнала, излучаемого ФАР в заданном направлении, для 2^p случаев одновременного изменения состояний всех ее p-разрядных фазовращателей на величину дискрета их переключения Δϕ , т.е. для 2^p имитируемых фазовых подставок l, при этом амплитуды токов возбуждения поврежденных излучателей, значение которых снизилось ниже допустимой величины, определяемой функциональным назначением использующей ФАР радиоэлектронной системы (РЭС), а также симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, при расчетах принимаются равными нулю.

Путем последовательного сравнения рассчитываемых уровней выявляется наибольший из 2^p и определяется значение соответствующей ему фазовой подставки l_Fmax. Коды l_Fmax (в рассмотренном выше примере l_Fmax=4) сохраняются в памяти цифрового вычислительного устройства (ЦВУ), осуществляющего управление формированием АФР. Затем по командам ЦВУ осуществляется одновременное изменение номеров состояний фазовращателей ФАР S(m, n) на величину l_Fmax.

Следует отметить, что при наличии нескольких неисправных фазовращателей в составе ФАР практически невозможно будет найти фазовую подставку l, при которой все неисправные фазовращатели будут находиться в состояниях, соответствующих кодам команд ЦВУ. Однако в этом случае, рассчитывая нормированные значения уровней сигнала, излучаемого ФАР в заданном направлении в соответствии с (1), можно найти такую l, при которой погрешности фазовых состояний неисправных фазовращателей будут наименьшими.

Техническая реализуемость предлагаемого способа может быть проиллюстрирована на примере устройства управления лучом плоской ФАР, изображенного на чертеже.

В рассматриваемом примере ФАР 1 с равноамплитудным фидерным возбуждением состоит из 15 излучательных элементов, фазы токов возбуждения которых устанавливаются с помощью трехразрядных полупроводниковых фазовращателей 2 (т.е. дискрет переключения Δϕ = 45^o, число состояний S = 2^p = 8).

СВЧ-выключатель 3 представляет собой совокупность коммутационных элементов, установленных параллельно или последовательно в линии передачи. Число коммутационных элементов в m,n-м СВЧ-выключателе (i = 0, 1, ..., N · M) определяется максимальным значением уровня мощности, передаваемого по линии передачи от СВЧ-сумматора-делителя 4 к m,n-му фазовращателю 2. В качестве коммутационных элементов используются pin-диоды. Схема и описание pin-диодного СВЧ-выключателя приведены в книге Д.М. Сазонова "Антенны и устройства СВЧ" (М.: Высшая школа, 1988, с.157 - 169, рис. 6.9e и 6.10а).

СВЧ-сумматор-делитель 4 обеспечивает распределение СВЧ-энергии, поступающей на него от приемопередающего блока РЭС, при ее работе в режиме "Передача", а также суммирование сигналов, поступающих на излучательные элементы ФАР 1, и передачу их к приемопередающему блоку РЭС при ее работе в режиме "Прием".

Блок согласования 5 является технической реализацией "Автоматического антенного согласующего устройства" (см. заявку 60 - 97723, Япония, кл. H 04 B 1/04), он обеспечивает предельное значение уровня мощности СВЧ-сигнала, передаваемого от приемопередающего блока РЭС к излучателям ФАР путем поддержания максимального из возможных значений коэффициента стоячей волны (КСВ) ρ .

Использование блока 5 позволяет при отключении линий передачи СВЧ-энергии от излучателей, у которых значение амплитуд токов возбуждения снизилось ниже допустимой величины, а также от симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, предельно минимизировать снижение главного максимума ДН ФАР, обусловленное механическими повреждениями полотна ФАР.

Устройство 6 управления СВЧ-выключателем представляет собой устройство управления секцией дискретного полупроводникового фазовращателя в соответствии с Патентом США N 3840827, кл. H 01 P, 1/18). Схема и описание работы устройства приведены в книге В.И. Самойленко и Ю.А. Шишова "Управление фазированными антенными решетками, М.: Радио и связь, 1983, с.161 - 162, рис. 6.7.

Вычислитель 7 фаз представляет собой вычислительное устройство, реализующее расчет требуемых фаз токов возбуждения излучательных элементов ФАР 1 в соответствии с выражением (4). На него от центрального процессора РЭС поступает код требуемого углового положения луча ФАР.

В качестве блока 8 встроенного контроля может быть использовано одно из устройств встроенного контроля, реализующих модуляционный метод СВЧ-контроля амплитудно-фазовых характеристик каналов управления ФАР (см. Ю.А.Шишов, А.М. Голик, Ю. А. Клейменов и др. Адаптация управления ФАР по результатам встроенного контроля. /Заруб. радиоэлектроника, 1990, N9, 72 - 74; Патент США N 3378846, кл. 343 - 100; Заявка 60-123103 Япония, кл. H 01 Q 3/25 и т.д.). Информация блока 8 поступает на ЦВУ 9 в цифровом виде.

Цифровое вычислительное устройство 9 последовательно реализует функции, фактически описывающие работу устройства:
прием и хранение кодов требуемых фаз токов возбуждения m,n-х излучателей ФАР Ф_тр (m,n), определяемых в вычислителе 7 фаз в соответствии с выражением (5);
прием и хранение поступающей от блока 9 встроенного контроля информации о координатах неисправности фазовращателей, номерах отказавших секций управления (переключающих элементов) и видах отказов (обрыв или короткое замыкание), а также о координатах поврежденных излучательных элементов ФАР, у которых амплитуды токов возбуждения отличаются от требуемых (в рассматриваемом примере от условной 1, т.е. от A = 1), и нормированное значение этих амплитуд (в долях 1);
хранение таблиц производственных погрешностей установки mn-го фазовращателя в состояние S - Ф^(S_пр⁾ ;
хранение таблиц погрешностей установки неисправного mn-го фазовращателя в состояние S - Ф^(S)_погр (аналогичных приведенным в табл.1 настоящего описания);
хранение информации о допустимом снижении амплитуд токов возбуждения излучателей A_пор;
сравнение нормированных значений амплитуд токов возбуждения поврежденных излучательных элементов ФАР с величиной A_пор и запоминание координат тех из них, для которых выполняется неравенство (2);
присвоение нулевого значения амплитуды токов возбуждения неисправных излучателей, для которых выполняется неравенство (2), а также излучателей, симметричных им по осям X и Y относительно геометрического центра раскрыва ФАР, т.е. имеющих координаты
A [(M-n) + 1, (N-n) + 1];
подача команд на устройство 6 управления СВЧ-выключателями, координаты которых определены на предыдущем шаге, для отключения линий передачи СВЧ-энергии от последовательно соединенных фазовращателей 2 и излучателей ФАР 1 с помощью СВЧ-выключателей 3;
подача команды на блок 5 согласования, реализующий максимальное из возможных значений коэффициента стоячей волны (КСВ) ρ в линиях передачи СВЧ-энергии;
расчет начального фазового распределения Ф_нач (m, n) в соответствии с одним из алгоритмов, описанных в книге: Самойленко В. И. , Шишов Ю.А. "Управление фазированными антенными решетками", М.: Радио и связь, 1983, с. 137 - 144;
расчет устанавливаемых фазовых состояний фазовращателей ФАР Ф_упр (m, n) в соответствии с (4) и определение номера дискретного состояния S (m,n);
определение значений Ф^(S_пр⁾ (m,n) для всех фазовращателей ФАР в соответствии с хранимой в памяти ЦВУ 8 таблицей;
определение значений Ф^(S)_погр (m,n) для неисправных фазовращателей ФАР в соответствии с хранимой в памяти ЦВУ 8 таблицей;
расчет значения фазы тока возбуждения mn-го излучателя ФАР Ф^S (m,n) в соответствии с выражением (3);
расчет 2^p нормированных значений уровней сигнала, излучаемого ФАР в заданном направлении , Q_x,y) в соответствии с (1), для 2^p различных значений фазовой подставки 1 в выражении (4), т.е. для 2^p случаев одновременного изменения состояний всех ее p-разрядных фазовращателей на величину дискрета их переключения Δϕ (в рассматриваемом примере 2^p = 8);
сравнение рассчитанных значений нормированных уровней сигнала и определение значения фазовой подставки 1_Fmax, соответствующей максимальному из них;
установка фазовращателей ФАР в состояния, соответствующие кодам H_Fmax (m,n), рассчитываемым по формуле (6), т.е. соответствующие фазовой подставке 1_Fmax.

Таким образом предлагаемый способ позволяет в 2^p раз повысить оперативность управления лучом ФАР, т.к. все описанные выше операции осуществляются за время подготовки очередного зондирования.

Для оценки точности реализации заданного амплитудно-фазового распределения на раскрыве ФАР проводилось статистическое моделирование 15-элементной линейной эквидистантной ФАР, трехразрядные фазовращатели которой имеют производственный разброс ± 22,5^o (т.е. ± ). Допустимое значение величины A (m, n) (т. е. - А_пор) принималось равным 0,95. Исходное значение дисперсии определения угловых координат объекта наблюдения (ОН) для полностью исправной ФАР составляет 225 мин². Учет влияния погрешностей реализации АФР на точность определения угловых координат производился в соответствии с выражением:
σ² = σ²_α+σ²_уст, (7)
где
σ²_уст - дисперсия установки луча ФАР, обусловленная погрешностями реализации требуемого АФР на ее раскрыве;
σ²_α - дисперсия определения угловых координат, обусловленная шумами приемной системы РЭС.

Дисперсия σ²_α определяется в соответствии с известным выражением:

где
Θ_0,5 - ширина диаграммы направленности ФАР;
P_с/P_ш - отношение сигнал/шум на входе измерителя угловых координат;
γ - нормированное значение уровня главного максимума ДН ФАР по мощности.

Результаты моделирования приведены в табл. 2, где выигрыш в точности определения угловых координат OH W определялся как отношение дисперсии определения угловых координат OH при использовании известного способа к дисперсии определения угловых координат при использовании предлагаемого способа.

Приведенные результаты показывают, что повышение точности реализации амплитудного распределения на раскрыве ФАР в соответствии с предлагаемым способом приводит к 30 - 40%-ному снижению погрешностей определения угловых координат по сравнению с известным способом при механических повреждениях 5 - 20% излучателей и фазовращателей ФАР.

Предлагаемый способ позволяет повысить оперативность и точность реализации требуемого амплитудно-фазового распределения на раскрыве ФАР.

Формула изобретения

Способ управления амплитудно-фазовым распределением на раскрыве фазированной антенной решетки (ФАР), в котором ее р-разрядные фазовращатели устанавливаются в состояния, соответствующие требуемому положению главного максимума диаграммы направленности ФАР, осуществляют декорреляцию погрешностей квантования фазы на раскрыве ФАР путем введения случайного или нелинейного распределения начальной фазы токов возбуждения излучателей с последующей ее компенсацией при формировании кодов управления фазовращателями, а также компенсацию погрешностей установки состояний каждого из р-разрядных фазовращателей, обусловленных производственным разбросом их характеристик и выходами из строя переключающих элементов, отличающийся тем, что по результатам контроля амплитудно-фазовых характеристик излучателей ФАР определяются координаты излучателей, амплитуды токов возбуждения которых снизились ниже допустимой величины, координаты излучателей, симметричных им по осям Х и У относительно геометрического центра раскрыва ФАР, а также координаты неисправных р-разрядных фазовращателей, номера отказавших в них переключающих элементов и виды отказов переключающих элементов, после чего осуществляется расчет нормированного значения уровня сигнала, излучаемого ФАР в заданном направлении, для 2^p случаев одновременного изменения состояний всех ее р-разрядных фазовращателей на величину дискрета их переключения Δϕ, где Δϕ = 360°/2^p, при этом амплитуды токов возбуждения излучателей, значения которых снизились ниже допустимой величины, и излучателей, симметричных им по осям Х и У относительно геометрического центра раскрыва ФАР, принимаются равными нулю, сравнение рассчитанных значений нормированных уровней сигнала и выявление максимального из них, установление р-разрядных фазовращателей в состояния, соответствующие максимальному рассчитанному значению нормированного уровня сигнала, и отключение излучателей, у которых амплитуды токов возбуждения снизились ниже допустимой величины, и симметричных им по осям Х и У относительно геометрического центра раскрыва ФАР излучателей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2