Способ совместного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи повышения точности ориентации равносигнального направления при формировании нулей в диаграмме направленности моноимпульсных фазированных антенных решеток. Способ совместного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток, основанный на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ± ΔU, где ΔU - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности. Весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равным алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U_o, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления U_п, из которых две диаграммы направленности ориентированы соответственно в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U_o-U_п-ΔU) и (2U_o-U_п+ΔU), причем веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми. 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи повышения точности ориентации равносигнального направления (РСН) при формировании нулей (провалов) в диаграммах направленности (ДН) моноимпульсных фазированных антенных решеток (ФАР).

Известен способ совместного формирования нулей в ДН суммарного и разностного каналов [Попов А.С., Кузнецова А.С., Баранов В.М. Особенности формирования нулей в диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток //"Зарубежная радиоэлектроника", N 11/12, 1994].

Существо известного способа состоит во взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов с одновременных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ±ΔU, где ΔU - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности. Недостатком известного способа являются уходы РСН, возникающие при формировании нулей и достигающие десятой доли ширины луча, которые увеличивают ошибку пеленгования объектов.

Предлагаемый способ направлен на устранение данного недостатка. Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг. 1. Фиг. 2 и 3 поясняют механизм формирования нулей в исходной ДН. На фиг. 4 представлены лучи моноимпульсной группы с нулями в направлении помехи.

Рассмотрим существо предлагаемого способа. Как и в прототипе, сигналы, принятые каждым излучателем, взвешивают, разделяют на два канала, суммируют сигналы, полученные с одноименных выходов делителей, с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ±ΔU, где _{ΔU -} расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, после чего образуют суммарную и разностную диаграммы направленности. Однако в отличие от прототипа весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U_о, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления U_п, из которых две диаграммы направленности ориентированы соответственно в направлениях (U_п + ΔU) и (U_п - ΔU), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U₀ - U_п - ΔU) и (2U₀ - U_п + ΔU). При этом веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми. Результирующая диаграмма, сформированная в результате суммирования исходной и четырех компенсирующих диаграмм направленности, имеет нули в направлениях (U_п + ΔU), (U_п - ΔU), (2U₀ - U_п - ΔU) и (2U₀ - U_п + ΔU). В результате разделения сигналов, принятых каждым излучателем, на два канала и суммирования сигналов, полученных с одноименных выходов делителей, с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, из результирующей диаграммы направленности образуют два луча моноимпульсной группы, в каждом из которых оказывается сформированным нуль в направлении на помеху. А это означает, что нули в направлении на помеху сформируются как в суммарной, так и в разностной диаграммах. Поскольку же значение разностной ДН в направлении U = U_о равно, как будет показано ниже, нулю, смещение РСН при формировании нулей в предлагаемом способе отсутствует.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает - заявленный способ отличается тем, что изменены условия выполнения операции взвешивания: весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U_о, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления U_п, из которых две диаграммы направленности ориентированы в направлениях (U_п + ΔU) и (U_п - ΔU), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U₀ - U_п - ΔU) и (2U₀ - U_п + ΔU). При этом веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере одной помехи.

Первый и второй лучи моноимпульсной группы могут быть представлены с помощью функций Котельникова^{* *} Здесь через U обозначена обобщенная угловая координата λ - где N и x₀ - число излучателей и шаг решетки, Θ - длина волны, угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву.

Вначале формируют исходную ДН с максимумом в направлении U_о (по обобщенной координате) затем регистрируют уровни исходной диаграммы направленности в направлениях, отстоящих от направления на помеху U_п в обе стороны на ΔU, F(U_п + ΔU) = R(U_п + ΔU - U₀), (3)
F(U_п - ΔU) = R(U_п - ΔU - U₀), (4)
создают четыре дополнительные компенсирующие диаграммы направленности, из которых две диаграммы направленности ориентированы в направлениях ^**
( ^** В формулах (2) - (4) приняты следующие обозначения:

где Θ_o - угол ориентации равносигнального направления,
Θ_п - угловая координата помехи,
ΔΘ - угол смещения максимумов лучей относительно равносигнального направления)
(U_п + ΔU) и (U_п - ΔU), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U₀ - U_п + ΔU) и (2U₀ - U_п + ΔU), причем веса H симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми (см. фиг. 2 и 3):

После смещения лучей на ±ΔU получим (фиг. 4):


Полагая F₁(U_п) = 0, F₂(U_п) = 0, получим систему линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными (H₁ и H₂)
R(U_п - U_o + ΔU) + H₁·α₁₁ + H₂·α₁₂ = 0, (8)
R(U_п - U_o - ΔU) + H₁·α₂₁ + H₂·α₂₂ = 0, (9)
где
α₁₁ = [R(O) + R( 2U_п - 2U_o + 2ΔU)], (10)
α₁₂ = α₂₁ = [R(2ΔU) + R(2U_п - 2U_o)], (11)
α₂₂ = [R(O) + R(2U_п - 2U_o - 2ΔU)]. (12)
Решая ее, получим значения весов H₁ и H₂ компенсирующих ДН:


Комплексные весовые коэффициенты J_n (n = 1,2,...N) сигналов, принятых каждым излучателем, можно найти из соотношений

В (15) приняты обозначения



Величины Ψ_o , Ψ_п и ΔΨ имеют смысл сдвига фаз между соседними излучателями, соответствующего пространственному запаздыванию волн, падающих с направлений Θ_o , Θ_п и ΔΘ соответственно.

Принятая в (15) запись номеров излучателей, как известно, обеспечивает привязку фазы центрального излучателя к нулю.

Аналогичным образом могут быть сформированы решеткой M нулей, причем M ≅ (N/2 - 1), где M - количество помех. При этом для нахождения весов компенсирующих диаграмм придется решать систему линейных алгебраических уравнений, матрица которой является квадратной и имеет порядок 2М.

Из (6), (7) при U = U_о с учетом равенства R(x) = R(-x) следует F₁(U_о) - F₂(U_о) = 0, что свидетельствует об отсутствии смещения РСН.

Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг. 1. Принятые каждым излучателем 1 сигналы взвешиваются с помощью устройств комплексного взвешивания 2 и поступают на входы делителей 3 на два направления. Сигналы с одноименных выходов делителей поступают на входы сумматоров 4 и 5 соответственно через фиксированные фазовращатели 6. При этом на входах сумматора 4 обеспечивается прогрессивный нарастающий, а на входах сумматора 5 - убывающий фазовый сдвиг. В результате на выходах сумматоров 4 и 5 формируются лучи моноимпульсной группы. Если весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбрать в соответствии с выражением (15), а фиксированные фазовращатели 6 исключить, то на выходах сумматоров 4 и 5 будут сформированы одинаковые диаграммы направленности (фиг. 3), максимумы которых ориентированы в направлении обобщенной координаты U_о, а нули - в направлениях (U_п + ΔU), (U_п- ΔU), (2U_o - U_п - ΔU) и (2U_o - U_п + ΔU). Наличие фазовращателей 6 приводит к смещению лучей, сформированных сумматорами 4 и 5, по обобщенной координате соответственно на ±ΔU (фиг. 4). При этом нули в лучах F₁(U) и F₂(U) моноимпульсной группы, как это следует из выражений (6) и (7), будут сформированы в следующих направлениях: в первом - (U_п + 2ΔU), U_п, (2U_о - U_п) и (2U_O - U_п + 2ΔU), а во втором - в направлениях U_п, (U_п - 2ΔU),(2U_O - U_п - 2ΔU) и (2U_о - U_п). С выходов сумматоров 4 и 5 сигналы, соответствующие лучам моноимпульсной группы, поступают на входы суммарно-разностного преобразователя 7 (например, двойного T-моста), на выходах 8 и 9 которого формируются суммарная F_Σ(U) и разностная F_Δ(U) диаграмм направленности соответственно. Поскольку в каждом из лучей моноимпульсной группы имеется нуль в направлении U_п, то нули в этом направлении сформируются как в суммарной, так и в разностной диаграммах направленности. При этом, как показано выше, формирование нулей не приводит к смещению равносигнального направления.

Таким образом, предложенные условия выполнения операции взвешивания сигналов в излучателях моноимпульсной ФАР позволяют устранить смещение РСН при совместном формировании нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности. Это дает возможность существенно повысить точность пеленгования объектов в условиях активного радиоэлектронного противодействия противника.

Формула изобретения

Способ совместного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток, основанный на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ±ΔU, где ΔU - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности, отличающийся тем, что весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U_о, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления U_п, из которых две диаграммы направленности ориентированы соответственно в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU), а другие две диаграммы направленности зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U_o-U_п-ΔU) и (2U_o-U_п+ΔU), причем веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4