Устройство формирования диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для формирования диаграммы направленности (ДН) в связных или радиолокационных активных фазированных антенных решетках (АФАР). Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения динамического диапазона, обеспечения возможности отладки и контроля алгоритма работы устройства и увеличение дальности передачи сформированных данных. Устройство формирования ДН АФАР содержит N идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные УПЧ, вход которых является входом канала, АЦП, коммутатор, на второй вход которого подключен выход ОЗУ, блок цифрового гетеродина, перемножитель, ко второму входу которого подключено ПЗУ, а квадратурный выход которого является выходом канала. Выходы всех N каналов подключены ко входам цифрового сумматора, выход которого подключен к последовательно соединенным цифровому фильтру, блоку сопряжения и оптическому передатчику, выход которого является выходом устройства. 3 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для формирования диаграммы направленности (ДН) в связных или радиолокационных активных фазированных антенных решетках (АФАР).

Известно радиоприемное устройство когерентной радиолокационной станции (РЛС) [Патент РФ 2189054 от 28.07.2000], содержащее гетеродин и когерентный приемник с цифровым выходом, N (N - целое число) каналов приема, состоящих каждый из введенного аналогового сумматора, когерентного приемника с цифровым выходом и введенного фазовращателя, причем в каждом канале приема вход радиоприемного устройства соединен с первым входом введенного аналогового сумматора, второй вход аналогового сумматора соединен с выходом введенного фазовращателя, вход которого соединен с выходом гетеродина, выход аналогового сумматора соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом, второй вход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала параллельно соединен с выходом гетеродина, первый выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом первого цифрового сумматора, второй выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом второго цифрового сумматора, а выход первого цифрового сумматора является первым выходом радиоприемного устройства и выход второго цифрового сумматора является вторым выходом радиоприемного устройства.

Каждый когерентный приемник с цифровым выходом состоит из усилителя радиочастоты, выход которого параллельно соединен со входами двух синхронных преобразователей частоты, каждый из выходов которого, соответственно, соединен со входом соответствующего фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого является действительной или, соответственно, мнимой частью выходного сигнала приемника, а выход гетеродина соединен со входом опорного напряжения второго синхронного преобразователя и входом фазовращателя, выход которого соединен со входом опорного напряжения второго синхронного преобразователя.

Однако известное устройство имеет низкий динамический диапазон аналого-цифрового преобразования, поскольку используется квадратурное аналого-цифровое преобразование, с получением квадратур аналоговым способом. При таком способе получения квадратур на практике невозможно добиться высокой идентичности характеристик аналоговых квадратур, что снижает динамический диапазон устройства.

Наиболее близким аналогом по сущности к изобретению является радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием [патент РФ 2225623 от 17.09.2002], взятый за прототип, который содержащит N каналов, каждый из которых включает усилитель промежуточной частоты (УПЧ), два синхронных преобразователя, два фильтра нижних частот (ФНЧ), два аналого-цифровых преобразователя (АЦП), блок цифрового гетеродинирования, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и фазовращатель, кроме того, в устройство входят формирователь опорного сигнала, два цифровых сумматора, кварцевый генератор, магистраль параллельной информации.

Прототип обладает рядом существенных недостатков:

1. Прототип не обеспечивает когерентное аналого-цифровое преобразование входных сигналов, поскольку блоки АЦП тактируются встроенными генераторами, не имеющими между собой никаких связей. Таким образом, за счет отсутствия синхронизации моментов взятия отсчетов принимаемых сигналов в разных каналах обработки, прототип имеет большую погрешность моментов взятия отсчетов по частоте и фазе. Оценим эту погрешность в предположении, что в каждом блоке АЦП имеется встроенный кварцевый генератор сигнала частоты дискретизации. Известно, что кварцевые генераторы имеют нестабильность частоты не менее 15·10-6 [Кварцевые генераторы, фильтры, резонаторы, кристаллические элементы, ОАО «Морион». 2009. - стр.81-83].

Как следует из описания прототипа, ФНЧ имеют полосу 3,2 МГц. То есть, в соответствии с теорией Котельникова, отсчеты сигнала должны браться с частотой как минимум, в два раза большей, то есть 6,4 МГц. Случайные изменения частоты кварцевых генераторов в разных каналах прототипа при этом будут равны 6,4·106·10·10-6=64 Гц. Таким образом, различие значений частот дискретизации входного сигнала в разных каналах обработки является случайной величиной и может достигать 64 Гц. Погрешность по фазе может достигать 360°. Это значительно увеличивает погрешность формирования ДН в виде увеличения боковых лепестков ДН и смещения максимума основного лепестка ДН относительно расчетного.

2. Прототип имеет низкий динамический диапазон аналого-цифрового преобразования, поскольку используется квадратурное аналого-цифровое преобразование, с получением квадратур аналоговым способом, при этом частота входного сигнала с помощью опорного сигнала и двух синхронных преобразователей преобразуется на нулевую промежуточную частоту (ПЧ), с помощью фазовращателя на 90° одновременно формируются аналоговые квадратурные составляющие входного сигнала, которые фильтруются ФНЧ и преобразуются в цифровые отсчеты с помощью АЦП. Данная схема характеризуется низким динамическим диапазоном аналого-цифрового преобразования за счет невозможности достижения идентичных характеристик синхронных преобразователей и ФНЧ в широкой полосе частот и при изменениях окружающей температуры. В соответствии с [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б. Высоцкий, В.И.Алексеев и др. М.: Радио и связь. 1987. - стр.24] для достижения динамического диапазона по паразитным дискретным составляющим не менее 40 дБ необходимо иметь отклонения характеристик ФНЧ и преобразователей от идеальных не менее 1%, что трудно осуществить на практике в рабочем диапазоне частот.

3. Прототип имеет ограниченную точность установки фазовых соотношений в каналах, поскольку обеспечивает формирование ДН только аналоговыми фазовращателями. На приемник поступают аналоговые сигналы, а в приемнике осуществляется только суммирование принятых сигналов. То есть для формирования ДН служат аналоговые фазовращатели, установленные в тракте РЛС перед приемником. Аналоговые фазовращатели обеспечивают шаг перестройки не менее 5,625° [Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2003. - стр.503-531] и являются громоздкими устройствами, параметры которых зависят от окружающей температуры. Однако в современных РЛС требуется формирование ДН с более мелким шагом, который может обеспечить только цифровые методы формирования ДН.

4. В прототипе отсутствует возможность контроля работоспособности устройства и его отладки без использования внешних источников сигналов. Однако в процессе настройки устройства и его эксплуатации необходима возможность проверки его работоспособности и правильности работы всех каналов. В прототипе имеется кварцевый генератор, сигнал с которого подается на все каналы устройства. Его можно использовать в качестве источника контрольного сигнала для грубой оценки работоспособности устройства. Однако для проверки работоспособности алгоритма работы в составе АФАР необходимо подавать на разные приемные каналы сигналы со сдвигом по фазе относительно друг друга так, как они приходят на антенную решетку. При этом сдвиг по фазе определяется направлением на источник сигнала.

5. Прототип обеспечивает передачу сформированных данных только на ограниченное расстояние, поскольку для вывода данных используется параллельный интерфейс. Это затрудняет построение ДН для многоэлементных ФАР в диапазонах ультракоротких волн (УКВ) и коротких волн (KB) с большими геометрическими размерами, поскольку параллельные интерфейсы не предназначены для передачи данных на расстояния, превышающие несколько десятков сантиметров, однако для построения устройств диаграммообразования многоэлементных ФАР необходимо обеспечить возможность передачи данных между блоками на более дальние расстояния, не менее десятка метров с высокой помехоустройчивостью.

Целью создания предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения динамического диапазона, обеспечения возможности контроля работоспособности устройства без использования внешних источников сигналов и увеличение дальности передачи сформированных данных.

Для достижения указанной цели предлагается устройство формирования ДН АФАР, содержащее цифровой сумматор, магистраль параллельной информации и N приемных каналов, каждый из которых включает в себя ПЗУ и последовательно соединенные УПЧ, АЦП и блок цифрового гетеродинирования, при этом магистраль параллельной информации подключена к управляющему входу ПЗУ.

Согласно изобретению, в устройство введены цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу цифрового сумматора, блок сопряжения, вход которого подключен к выходу цифрового фильтра, оптический передатчик, вход которого подключен к выходу блока сопряжения, а выход является выходом устройства, оптический приемник, вход которого является управляющим входом устройства, блок управления, вход которого соединен с выходом оптического приемника, вход синхронизации является входом синхронизации устройства, а выход подключен к магистрали параллельной информации, делитель мощности, вход которого является входом частоты дискретизации, а N выходов подключены ко входам тактирования АЦП во всех N каналах, в каждый приемный канал устройства вводятся коммутатор, вход которого соединен с выходом АЦП, а выход соединен со входом блока цифрового гетеродинирования, ОЗУ, вход которого соединен с выходом АЦП, выход соединен со вторым входом коммутатора, а управляющий вход подключен к магистрали параллельной информации, перемножитель, первый вход которого соединен с выходом блока цифрового гетеродинирования, второй вход которого подключен к выходу ПЗУ, а выход является выходом приемного канала и соединен со входом цифрового сумматора, управляющие входы УПЧ и коммутатора подключены к магистрали параллельной информации.

Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что:

- в прототипе тактирование моментов взятия отсчетов в АЦП разных каналов осуществляется несинхронно под управлением встроенных в блоки АЦП тактовых генераторов, не имеющих между собой никаких связей. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве формирование отсчетов принимаемого сигнала в разных каналах производится синхронно в одни и те же моменты времени под управлением сигнала дискретизации с частотой Fд, поступающей на устройство снаружи, для этого в устройство введен делитель мощности сигнала Fд и линии связи от делителя мощности к каждому АЦП;

- в прототипе в каждом канале производится формирование квадратурных отсчетов входного сигнала аналоговым способом с помощью фазовращателя, двух синхронных преобразователей, двух ФНЧ и двух АЦП. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве в каждом канале используется один АЦП, а формирование квадратурных отсчетов входного сигнала выполняется в цифровом виде в блоке цифрового гетеродина, для этого в блок цифрового гетеродина введены два перемножителя;

- в предлагаемое устройство в каждый канал введены ОЗУ и коммутатор, обеспечивающие возможность записи отсчетов входного сигнала или контрольной последовательности чисел и подачи их на вход блока цифрового гетеродина;

- прототип не обеспечивает изменение фазовых соотношений сигналов в разных каналах и формирование ДН, для формирования ДН служат аналоговые фазовращатели, не входящие в состав устройства и установленные в приемном тракте перед прототипом. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве в каждый канал введен перемножитель, а ПЗУ используется для хранения таблицы значений весовых коэффициентов, что обеспечивает возможность изменения фазовых соотношений в каналах;

- в прототипе передача сформированных данных осуществляется по параллельному интерфейсу. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве передача сформированных данных осуществляется по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с последовательной передачей данных, что обеспечивается использованием оптического передатчика и блока сопряжения;

- в прототипе управление устройством осуществляется по параллельной магистрали. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве управление узлами осуществляется командами управления, поступающими по ВОЛС с последовательной передачей данных, управление узлами осуществляется встроенным блоком управления, для этого в состав устройства введены оптический приемник, блок управления и линии управления от блока управления к узлам.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства формирования ДН АФАР из литературы не известно, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 приведена схема устройства формирования ДН АФАР.

На фиг.2 приведена схема блока цифрового гетеродина.

На фиг.3 приведена схема приема сигнала антенной решеткой.

Устройство формирования ДН АФАР (фиг.1) состоит из N идентичных каналов A1…AN, каждый i-тый из которых, i=1…N, содержит последовательно соединенные УПЧ 1, вход которого является входом i-того канала, АЦП 2, коммутатор 3, на второй вход которого подключен выход ОЗУ 4, блок цифрового гетеродина 5, перемножитель 6, ко второму входу которого подключено ПЗУ 7, а выход которого является выходом канала.

Выходы всех N каналов подключены ко входам 1…N цифрового сумматора 8, выход которого подключен к цифровому фильтру (ЦФ) 9, выход которого подключен к блоку сопряжения 10, выход которого подключен к оптическому передатчику 11, выход которого является выходом устройства.

Управляющим входом устройства является вход оптического приемника 12, выход которого подключен к управляющему входу блока управления 13, управляющий выход которого подключен через магистраль параллельной информации ко входам управления УПЧ 1, ОЗУ 4, коммутатора 3, блока цифрового гетеродинирования 5 и ПЗУ 7 всех каналов, а вход синхронизации является входом синхронизации устройства.

Входом сигнала частоты дискретизации является вход делителя мощности 14, N выходов которого соединены со входами тактирования АЦП 2 в каждом из N каналов устройства.

Блок цифрового гетеродинирования 5 (фиг.2) включает в себя: первый перемножитель 15, первый вход которого является входом блока, ко второму входу подключен синфазный выход цифрового гетеродина 16, а выход соединен со входом второго ЦФ 17, выход которого является синфазной частью выхода блока, второй перемножитель 18, первый вход которого объединен с первым входом первого перемножителя 15, ко второму входу подключен квадратурный выход цифрового гетеродина 16, а выход соединен со входом третьего ЦФ 19, выход которого является квадратурной частью выхода блока.

АЦП 2 предназначен для преобразования принимаемого сигнала в цифровые отсчеты. Число разрядов АЦП должно быть не менее 12, что обеспечивает отношение сигнал-шум в идеальном случае 73,94 дБ [Аналого-цифровое преобразование / Под ред. У. Кестера. - М.: Техносфера. 2007 - с.103]. В реальных АЦП отношение сигнал-шум на выходе несколько меньше. Например, для АЦП типа ADS6128 производства Texas Instruments отношение сигнал шум составляет 70,1 дБ, при этом динамический диапазон по дискретным составляющим не менее 81 дБ [14/12-Bit, 250/210 MSPS ADCs With DDR LVDS and Parallel CMOS Outputs. Texas Instruments. 2009].

Цифровой сумматор 8 предназначен для квадратурного суммирования отсчетов сигнала, поступающих с выходов перемножителей 6 всех N каналов и может быть выполнен на ПЛИС в соответствии со структурной схемой, приведенной в [Цифровые радиоприемные системы. Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь. 1990. - рис.2.13, стр.51].

ОЗУ 4 предназначено для хранения отсчетов контрольного сигнала и может быть выполнено в соответствии со схемой, приведенной в [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б. Высоцкий, В.И. Алексеев и др. М.: Радио и связь. 1987. - стр.55-56].

ПЗУ 7 предназначено для хранения весовых коэффициентов W(ff), используемых для формирования ДН и может быть выполнено в соответствии со схемой, приведенной в [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б. Высоцкий, В.И. Алексеев и др. М.: Радио и связь. 1987. - стр.105].

Делитель мощности 14 обеспечивает разветвление сигнала дискретизации, Fд, поступающего на вход устройства, на N выходов. Он может быть выполнен, например, на делителях мощности производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007]. Поскольку фирма выпускает делители с разным числом каналов от 2 до 48, конкретные типы используемых элементов определяются количеством каналов N в АФАР. Если N превышает 48, то необходимо использовать последовательное разветвление входного сигнала для достижения требуемого числа каналов. Реализация многоканальных ДМ на 64 канала описана также в [Проектирование фазированных антенных решетки. Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2003, стр.550-551].

Цифровой гетеродин 16 предназначен для формирования квадратурного цифрового сигнала, с помощью которого производится преобразование отсчетов принимаемого сигнала в квадратурный форму и преобразование его частоты на нулевую ПЧ может быть выполнен на основе счетчика, сумматора и ПЗУ, в котором записаны значения квадратурных составляющих сигнала гетеродина в соответствии со схемой, приведенной в [Л.А. Белов Синтезаторы частот и сигналов - М.: Сайнс-пресс, 2002. - рис.31].

Перемножители 6, 15 и 18 могут быть выполнены на ПЛИС в соответствии со структурной схемой, приведенной в [Цифровые радиоприемные системы. Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь. 1990 - рис.2.19, стр.57].

Второй 17 и третий 19 цифровые фильтры предназначены для фильтрации и прореживания (децимации) принятого сигнала и выполнены на основе каскадных интеграторов - гребенчатых фильтров [Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. М.: Бином. 2006. - стр 397-409]. В зарубежной литературе эти фильтры обычно называются CIC фильтрами.

Цифровой гетеродин 16, первый 15 и второй 18 перемножители и второй 17 и третий 19 цифровые фильтры, в зависимости от используемой в устройстве частоты дискретизации уд, могут быть выполнены с использованием микросхемы типа AD6620 производства фирмы Analog Devices [AD6620. 67 MSPS Digital Receive Signal Processor. Analog Devices. 2001] или на ПЛИС.

ЦФ 9 предназначен для корректировки сквозной АЧХ, сформированной вторым 17 и третьим 19 цифровыми фильтрами и может быть выполнен, например, на микросхемах типа HSP43220, HSP43168 производства Harris Semiconductor [Digital Signal Processing Databook. Harris Semiconductor. 1994, стр.3-35, 3-60] или на ПЛИС.

Блок сопряжения 10 предназначен для преобразования параллельных кодов отсчетов, поступающих от ЦФ 9 в последовательный код и дальнейшей их передачи через оптический передатчик. Блок сопряжения 10 может быть выполнен на ПЛИС, например, на основе сдвигового регистра или двухпортового буфера FIFO в соответствии с [Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург. 2004 - рис.4.7], запись в который выполняется параллельным кодом, а считывание производится последовательным кодом.

Оптический приемник 12 и оптический передатчик 11 могут быть выполнены, например, на оптическом трансивере типа AFCT-5944 производства фирмы Avago Technologies [сайт фирмы Avagotech.com].

Блок управления 13 предназначен для приема управляющих команд, поступающих по ВОЛС через оптический приемник 12 и установки параметров УПЧ 1, ОЗУ 4, блока цифрового гетеродинирования 5, коммутатора 3 и ПЗУ 7 и может быть выполнен на основе микропроцессора, структура аналогична приведенной в [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б.Высоцкий, В.И.Алексеев и др.М.: Радио и связь. 1987 - стр.126], на основе микропроцессорной структуры, описанной в [Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург. 2004 - рис.5.1] или на ПЛИС.

Устройство формирования ДН АФАР работает следующим образом.

Рассмотрим случай, когда АФАР, в которой используется предлагаемое устройство, выполнена на основе линейной антенной решетки, в которой антенные элементы (АЭ) расположены в одну линию на расстоянии d=λ/2 друг от друга (фиг.3), где λ=c/Fвx - длина волны принимаемого сигнала,

Fвx - частота входного сигнала,

с - скорость света.

Если направление на источник сигнала находится под углом в относительно перпендикуляра к плоскости АФАР, то сигнал на разные АЭ антенной решетки (в состав предлагаемого устройства не входят) будет приходить с разной фазой. Относительная фаза принимаемого сигнала от этого источника на i-том входе предлагаемого устройства, i=1…N, имеет вид:

φ i = k ( i 1 ) d sin ( θ ) , ( 1 )

где k=360°/λ - фазовая постоянная пространства;

θ - направление на источник сигнала.

Для того, чтобы сформировать максимум диаграммы направленности (ДН) линейной решетки в направлении источника сигнала, необходимо суммировать сигналы с выходов антенных элементов после выравнивания моментов их поступления путем сдвига по фазе на величину (1).

При поступлении сигнала на входы устройства принятый сигнал в каждом канале усиливается и фильтруется по частоте в УПЧ 1. Полосовой фильтр в УПЧ 1 должен обеспечивать отсутствие «наложений» сигнала при аналого-цифровом преобразовании, то есть полоса пропускания ΔF должна быть не менее, чем в два раза меньше частоты дискретизации ΔF<Fд/2. [Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь. 1987 - с.42]

После усиления и фильтрации сигнал преобразуется в последовательность отсчетов Si(k) (здесь k - номер отсчета в последовательности) в АЦП 2, далее отсчеты проходят через коммутатор 3 на блок цифрового гетеродинирования 5, где действительные отсчеты преобразуются в последовательность комплексных (квадратурных) отсчетов S ˙ i ( k ) и сдвигаются по частоте на нулевую ПЧ путем перемножения в первом 15 и втором 18 перемножителях с квадратурными гармоническими сигналами цифрового гетеродина 16. Во втором 17 и третьем 19 ЦФ нижних частот производится фильтрация преобразованного сигнала, полоса пропускания этих фильтров равна половине ширины спектра принимаемого сигнала.

Для формирования максимума ДН в направлении θ полученные отсчеты умножаются в перемножителе 6 на комплексный весовой коэффициент W ˙ i ( θ ) , хранящийся в ПЗУ 7, определяющий фазовый сдвиг сигнала, поступающего на i-й вход устройства. Выбор коэффициента определяется адресом, поступающим от блока управления на ПЗУ 7. Отсчеты с выходов всех N каналов суммируются в цифровом сумматоре 8. Последовательность отсчетов сформированного луча с угловыми координатами θ имеет вид:

D ˙ k ( θ , ϕ ) = i = 1 N S ˙ i ( k ) * W ˙ i ( θ ) ( 2 )

После суммирования производится фильтрация сигнала в ЦФ 9, обеспечивающим получение требуемой формы АЧХ приемных каналов устройства. Далее производится преобразование параллельного кода отсчетов в последовательный код в блоке сопряжения 10. Полученный поток отсчетов поступает на оптический передатчик 11 и передается по ВОЛС на устройство последующей обработки (на фиг.1 не показано).

В режиме контроля для работы устройства используются отсчеты, предварительно записанные в ОЗУ 4, при этом вход блока цифрового гетеродинирования 5 через коммутатор 3 подключается к ОЗУ 4. Отсчеты сигнала в ОЗУ 4 могут быть записаны заранее как отсчеты реального сигнала с выхода АЦП 2 или как расчетные значения, вычисленные с использованием специально разработанной программы. Считывая из памяти ОЗУ 4 отсчеты сигнала, можно имитировать любое расположение источника сигнала относительно антенной решетки и наличие помеховых сигналов. Этот режим используется для проверки работоспособности устройства и отладки его программного обеспечения.

Управляющие команды установки режимов и параметров узлов предлагаемого устройства поступают по ВОЛС на оптический приемник 12 и далее на управляющий вход блока управления 13.

Предлагаемое устройство имеет три режима работы:

- работа с принимаемым сигналом, когда производится формирование ДН с использованием сигналов, поступающих от антенных элементов антенной решетки;

- запись отсчетов сигнала в ОЗУ 4, причем запись отсчетов реальных сигналов может быть выполнена одновременно с первым режимом;

- контрольный режим, когда производится формирование ДН с использованием отсчетов сигналов, записанных ранее в ОЗУ 4.

В предлагаемом устройстве устанавливаются следующие параметры: направление максимума ДН в, полоса принимаемого сигнала ΔF, частота настройки F сигнала θ пределах полосы пропускания УПЧ 1, коэффициент передачи К УПЧ 1. После поступления команды производится установка параметров узлов устройства путем передачи кодов от блока управления 13.

В УПЧ 1 устанавливается коэффициент передачи, в блоке цифрового гетеродинирования 5 - частота цифрового гетеродина 16, равная центральной частоте спектра принимаемого сигнала F и полоса пропускания, равная ΔF/2 в ЦФ 9, втором 17 и третьем 19 цифровых фильтрах, а в каждом i-том ПЗУ 7 (i=1…N) устанавливается адрес ячеек, в которых записаны квадратурные значения i-того весового коэффициента для угла θ.

В случае применения в АФАР нескольких образцов предлагаемого устройства, для синхронизации их работы служит сигнал Синхр, поступающий на вход синхронизации блока управления 13.

Сигнал Синхр представляет собой видеоимпульс, формируемый внешними устройствами управления (на фиг.1 не показаны), обозначающий момент начала периода работы устройства для обеспечения синхронной работы нескольких одинаковых устройств.

При использовании предлагаемого устройства для формирования ДН в непрерывном режиме сигнал Синхр служит для:

- синхронизации одновременного переключения параметров во всех устройствах, входящих в состав антенной решетки,

- в режиме записи отсчетов сигнала в ОЗУ 4 для запуска процесса записи отсчетов в ОЗУ 4,

- в контрольном режиме для запуска процесса считывания из ОЗУ 4.

При использовании предлагаемого устройства для формирования ДН в импульсных РЛС в перечень параметров необходимо включить длительность строба приема ΔT, а сигнал Синхр будет использован для синхронизации начала строба приема во всех устройствах, входящих в антенную решетку.

Для подтверждения возможности реализации технического решения был изготовлен макет устройства формирования ДН в виде печатной платы с N=S, испытания которого подтвердили его высокие технические характеристики.

По сравнению с прототипом, предлагаемое устройство имеет более высокие параметры, чем прототип:

- отношение сигнал-шум на выходе цифровой части каждого канала не менее 70 дБ, динамический диапазон по дискретным составляющим не менее 81 дБ за счет применения цифрового способа получения квадратурных составляющих сигнала вместо аналогового способа в прототипе,

- обеспечивается возможность контроля работоспособности устройства без использования внешних источников сигналов за счет применения ОЗУ, в котором возможно хранить отсчеты сигнала;

- увеличена дальность передачи сформированных данных до нескольких километров за счет применения ВОЛС, в то время как в прототипе параллельная шина обеспечивает передачу данных на расстояния, не превышающие несколько десятков сантиметров.

Устройство формирования диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки, содержащее цифровой сумматор, магистраль параллельной информации и N приемных каналов, каждый из которых включает в себя постоянное запоминающее устройство и последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, аналого-цифровой преобразователь, блок цифрового гетеродинирования, при этом магистраль параллельной информации подключена к управляющему входу постоянного запоминающего устройства, отличающееся тем, что в него введены цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу цифрового сумматора, блок сопряжения, вход которого подключен к выходу цифрового фильтра, оптический передатчик, вход которого подключен к выходу блока сопряжения, а выход является выходом устройства, оптический приемник, вход которого является управляющим входом устройства, блок управления, вход которого соединен с выходом оптического приемника, вход синхронизации является входом синхронизации устройства, а выход подключен к магистрали параллельной информации, делитель мощности, вход которого является входом частоты дискретизации, а N выходов подключены ко входам тактирования аналого-цифровых преобразователей во всех N каналах, в каждый приемный канал устройства вводятся коммутатор, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен со входом блока цифрового гетеродинирования, оперативное запоминающее устройство, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход соединен со вторым входом коммутатора, а управляющий вход подключен к магистрали параллельной информации, перемножитель, первый вход которого соединен с выходом блока цифрового гетеродинирования, второй вход которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства, а выход является выходом приемного канала и соединен со входом цифрового сумматора, управляющие входы усилителя промежуточной частоты и коммутатора подключены к магистрали параллельной информации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиолокационным системам сопровождения с повышенной точностью определения угловых координат. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации для обнаружения целей, их захвата и сопровождения, например в радиолокационных системах управления оружием.

Изобретение относится к антенной технике, может быть широко использовано в качестве самостоятельной приемной или передающей антенны или элемента фазированной антенной решетки, в частности, антенна может применяться как приемная антенна в аппаратуре пользователей космических навигационной систем (GPS, ГЛОНАСС/GPS и т.п.), и позволяет уменьшить габариты микрополосковой антенны без уменьшения эффективности ее излучения.

Изобретение относится к бортовым радиолокационным станциям с фазированной антенной решеткой (ФАР), предназначенным для формирования радиолокационного изображения контролируемого участка земной поверхности и объектов на поверхности в координатах дальность - азимут или угол места - азимут в режиме реального луча при маловысотном полете летательного аппарата - носителя РЛС, также к бортовым радиотеплолокационным станциям, принимающим и усиливающим излученный тепловой сигнал в радиолокационном диапазоне длин волн.

Изобретение относится к области обработки сигналов, и, в частности, к выделению полезных сигналов из смеси сигналов источников, используя разделение сигналов. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиовзрывателях. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации для обнаружения целей, их захвата и сопровождения, например в радиолокационных системах управления оружием.

Изобретение относится к антеннами и, в частности, к микрополосковым антеннам (МПА). .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации для кругового обзора пространства и обнаружения подвижных и неподвижных радиолокационных объектов, а также их сопровождения.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в РЛС. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области измерений геофизических полей Земли и системам связи. Техническим результатом является реализация широкодиапазонной антенны, работающей во всем диапазоне частот зондирования ионосферы. Антенна для зондирования ионосферы выполнена в виде двух скрещенных в ортогональных плоскостях ромбов с длинами ребер 58 м одного и 26 м второго ромба, подвешенных на опорной мачте из композитного материала высотой 32 м, создающей геометрию главной диагонали ромбов, и двух пар вспомогательных мачт высотой 9 м для подвески вторых углов ромбов, растяжек расчаливания механического крепления мачт из полимерного материала и жил токонесущих проводов ромбов, расположенных по образующим цилиндра в качестве излучателей антенны, нагруженных на общее сопротивление, согласованное для режима бегущих волн в излучателях, подключенное к многолучевому заземлителю, выполненному по параллельной схеме, для режима зеркального противовеса. 5 ил.

Изобретение относится к области телекоммуникаций, а более конкретно - к устройствам для отклонения направленного электромагнитного излучения, и может применяться в радиотехнических конструкциях, в частности в малогабаритных радарных системах. Технический результат - снижение уровня тепловой энергии, выделяемой в высокорезистивных слоях при подаче управляющего напряжения, снижение уровня СВЧ-потерь, упрощение технологического процесса изготовления дефлекторной структуры, упрощение схемы подачи управляющего напряжения. Для этого многослойная отклоняющая структура содержит два активных слоя, два высокорезистивных слоя, два согласующих слоя, два источника напряжения, причем первый источник напряжения Ux выполнен с возможностью создания разности потенциалов Ux1-Ux2 на контактных площадках первого высокорезистивного слоя; второй источник напряжения Uy выполнен с возможностью создания разности потенциалов Uy1-Uy2 на контактных площадках второго высокорезистивного слоя. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к активной фазированной антенной решетке (АФАР). Технический результат - повышение помехозащищенности радиолокационной станции к помехам по зеркальному каналу и уменьшение вероятности возникновения ложных целей. Активная фазированная антенная решетка содержит первый и второй когерентные генераторы, центральный процессор, первый и второй делители мощности, N приемо-передающих модулей, оперативное запоминающее устройство, программируемую логическую интегральную схему, перезаписываемое постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, векторный модулятор, квадратурный демодулятор, первый и второй полосовые фильтры, усилитель мощности, малошумящий усилитель, циркулятор, защитное устройство. Особенностью активной фазированной антенной решетки является то, что она дополнительно содержит третий когерентный генератор, третий делитель мощности, делитель частоты, направленный ответвитель, регулируемый аттенюатор, первый и второй смесители, контроллер мощности, причем АФАР содержит n+1 приемо-передающих модулей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре, в частности к конструкции передающей антенны для создания радиопомех приемным устройствам радиоэлектронных средств связи, передачи данных, радиоэлектронных и навигационной аппаратуры потребителей сетевых среднеорбитальных спутниковых радионавигационных систем. Технический результат заключается в формировании в азимутальной плоскости в зависимости от ситуации диаграммы направленности либо максимально приближенной к круговой с равномерным распределением энергопотенциала, либо с повышенным энергопотенциалом в заданном секторе излучения радиопомех. Для этого передающая антенна имеет экран-отражатель, выполненный в виде цилиндрической трубы с излучателями, закрепленными на ее поверхности на равных расстояниях от оси цилиндрической трубы в одной плоскости, перпендикулярной оси цилиндрической трубы, обеспечивающими возможность формирования круговой диаграммы направленности излучения при подаче одновременно на все излучатели помеховых сигналов с одинаковой начальной фазой колебания несущей частоты и формирование направленного по положению в азимутальной плоскости диаграммы сектора с повышенным энергопотенциалом излучения при подаче на излучатели помеховых сигналов с заданными соотношениями начальных напряжений и фаз несущей частоты. При этом цилиндрическая труба участвует как в формировании требуемой диаграммы направленности передающей антенны, так и обеспечении парирования негативного влияния на формирование диаграммы направленности кабелей питания излучающих элементов. 6 ил.

Изобретение относится к системам управления вентильными электродвигателями вращения антенны радиолокационной станции (РЛС) и может быть использовано в регулируемых электроприводах. Техническим результатом изобретения является улучшение тактико-технических и эксплуатационных характеристик системы управления вентильным электродвигателем вращения антенны РЛС. Технический результат достигается тем, что в систему управления вентильным электродвигателем вращения антенны РЛС, содержащую инвертор, вентильный электродвигатель, датчик скорости, редуктор, приемопередающие устройства, датчик величины изгиба полотна антенны, устройство коррекции скорости, блок управления инвертором и блок драйверов, вводятся диаграммообразующая система и аналого-цифровой преобразователь и, соответственно, новые связи между элементами, которые позволяют выравнивать скорость обзора пространства при изменении ветровой нагрузки на полотно антенны. Постоянство скорости обзора пространства, достигаемое за счет электронного сканирования диаграммы направленности в противофазе со скоростью вращения антенны, обеспечивает увеличение надежности сопровождения высокоскоростных целей. Ограничение скорости вращения антенны по допустимой величине изгиба, достигаемое за счет соответствующих связей между инвертором, вентильным электродвигателем, датчиком скорости, редуктором, датчиком величины изгиба полотна антенны, устройством коррекции скорости, блоком управления инвертором и блоком драйверов, приводит к уменьшению номинальной мощности электродвигателя и к увеличению коэффициента полезного действия (КПД) регулируемого электропривода. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для пространственного подавления помех путем формирования провалов («нулей») в диаграммах направленности фазированных антенных решеток (ФАР) в направлениях источников помех. Технический результат - возможность подавления лепестков высокого уровня в диаграммах направленности больших ФАР с непрямоугольной границей раскрыва. Для этого в способе, основанном на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, при определении вектора весовых коэффициентов используют информацию о направлении на источник сигнала и о распределении источников помех, в состав решетки вводят воображаемые фиктивные элементы, дополняющие раскрыв до прямоугольной формы; при объединении элементов прямоугольного раскрыва в 2М подрешеток элементы, попадающие на границу раздела подрешеток, вводят в состав подрешеток с весом 0.5 для стыка двух подрешеток и 0.25 для стыка четырех подрешеток, а при определении диаграммы направленности решетки исключают вклад дополнительно введенных элементов с фазами соответствующих подрешеток. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для для активного управления угломестной диаграммой направленности излучения антенной решетки. Технический результат - повышение точности компенсации потерь. Для этого антенная решетка содержит множество приводных излучающих элементов, расставленных в пространстве, обладающих парой излучающих элементов, на которые подают предварительно искаженный радиочастотный сигнал, для предоставления управляемого изменения угломестной диаграммы направленности излучения антенной решетки. Эффективность усилителя высокой мощности (PA) поддерживают при помощи адаптивного предварительного искажения, соединенного с каждым PA высокой мощности, в то же время предоставляя наклон луча и управление боковыми лепестками. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к антенным системам с электронным управлением лучом и применением кольцевых цифровых фазированных антенных решеток (ЦФАР) в мобильных и стационарных средствах связи. Способ формирования диаграммы направленности двухкольцевой цифровой фазированной антенной решетки включает: цифровую обработку СВЧ сигнала, формирование управляющих сигналов в соответствии с данными о требуемой ДН и передачу излучателям возбуждающих сигналов с амплитудно-фазовым распределением, определенным в соответствии с выбранным критерием, амплитуды Аnm и фазы φnm возбуждающих сигналов определяют, минимизируя функцию F среднеквадратического отклонения формируемой диаграммы направленности R(φ) от заданного распределения Е(φ) поля излучения антенной решетки, характеризующегося наименьшим уровнем боковых лепестков при данной ширине основного лепестка, при этом величина амплитуды Аnm не превышает 1. Техническим результатом является формирование диаграммы направленности с требуемым уровнем боковых лепестков. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокационных системах. Технический результат - упрощение устройства и увеличение сектора сканирования при постоянной амплитуде главного лепестка ДН антенной решетки. Для этого устройство содержит антенную решетку из N приемных антенных модулей, устройство оцифровки приемных сигналов, цифровое устройство выработки коэффициентов для формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве антенны по каждому из сканирующих лучей, устройство цифрового формирования М сканирующих диаграмм направленности (ДН), каждый приемный антенный модуль дополнительно содержит цифровое устройство формирования ДН, при этом цифровое устройство выработки весовых коэффициентов выполнено с возможностью формирования в раскрыве цифровой приемной антенной решетки N амплитудно-фазовых распределений вида sinU/U, таким образом, что в дальней зоне каждому приемному элементу соответствует ДН, по форме близкая к столообразной. 2 н.п. ф-лы, 2 ил. .

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для формирования диаграммы направленности в связных или радиолокационных активных фазированных антенных решетках. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения динамического диапазона, обеспечения возможности отладки и контроля алгоритма работы устройства и увеличение дальности передачи сформированных данных. Устройство формирования ДН АФАР содержит N идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные УПЧ, вход которых является входом канала, АЦП, коммутатор, на второй вход которого подключен выход ОЗУ, блок цифрового гетеродина, перемножитель, ко второму входу которого подключено ПЗУ, а квадратурный выход которого является выходом канала. Выходы всех N каналов подключены ко входам цифрового сумматора, выход которого подключен к последовательно соединенным цифровому фильтру, блоку сопряжения и оптическому передатчику, выход которого является выходом устройства. 3 ил.

Наверх