Цифровая сканирующая приемная антенная решетка для радиолокационной станции

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 радиотехнике и может использоваться в радиолокационных системах.

Известна цифровая сканирующая приемная антенная решетка для радиолокационной станции, содержащая антенную решетку из N приемных антенных модулей, выходы которых соединены со входами устройства преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму (оцифровки сигналов) приемной антенной решетки, цифровое устройство выработки коэффициентов для формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве приемной антенной решетки по каждому из сканирующих лучей - диаграмм направленности (ДН), соединенное с устройством цифрового формирования М сканирующих лучей (RU 2395140 С2, 20.07.2010).

Цифровые приемные антенные решетки характеризуются сравнительно большим количеством сложных и дорогих аналоговых приемных устройств и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) по сравнению с фазирующими устройствами в обычных фазированных антенных решетках (ФАР), поэтому при проектировании цифровых решеток очень остро стоит вопрос уменьшения количества приемных устройств и АЦП.

Количество приемных устройств определяется шагом антенной решетки, т.е. отношением расстояния между приемными антенными элементами к длине волны (d/λ). Для уменьшения количества приемных устройств необходимо увеличить шаг антенной решетки при одной и той же апертуре. Однако с увеличением шага антенной решетки (при d/λ >0,5) при сканировании луча за пределами сектора сканирования появляются побочные максимумы ДН (дифракционные лепестки), которые при увеличении сектора сканирования могут достигать уровня главного максимума ДН антенной решетки.

Другим недостатком традиционных антенных решеток, в том числе цифровых, является изменение амплитуды основной ДН в секторе сканирования примерно по закону cos θ, где θ - угол сканирования (отклонение относительно нормали к плоскости антенной решетки).

Известно теоретическое решение этой проблемы. Например, если сделать так, что ДН некоего «идеального» антенного модуля антенной решетки равнялась бы нулю вне сектора сканирования (см. Фиг. 1), а внутри сектора сканирования равнялась бы единице (ДН столообразной формы), то, поскольку ДН решетки получается перемножением ДН антенного модуля и множителя антенной решетки, дифракционные лепестки будут подавлены, так как умножаются на нулевые значения за пределами ДН «идеального» антенного модуля, а максимум главного лепестка ДН решетки будет равным единице во всем секторе сканирования.

Для того чтобы реализовать такую антенну, необходимо устройство, которое бы имело количество входов в раскрыве антенной решетки, равное количеству приемных элементов, и такое же число выходных каналов. Для простоты пояснения удобно рассмотреть такую антенную решетку в режиме передачи, т.е. выходные каналы обозначить как входные, а приемные антенные модули обозначить как излучающие элементы антенной решетки.

Для формирования столообразной ДН каждым излучателем необходимо, чтобы при возбуждении каждого входного канала в апертуре антенной решетки формировалось бы амплитудно-фазовое распределение, близкое к sinU/U, где U - относительное отклонение луча от нормали к плоскости антенной решетки; при этом фазовый центр каждого из формируемых амплитудно-фазовых распределений должен соответствовать положению в антенной решетке того входного канала, с которого было возбуждено данное амплитудно-фазовое распределение. В конструктивном отношении это означает, что каждый вход антенной решетки должен быть соединен одновременно со всеми излучающими элементами антенной решетки, причем коэффициенты передачи от входного канала ко всем выходным должны быть различными по амплитуде и фазе.

В области СВЧ-техники реализация таких принципов построения приемной антенной решетки крайне затруднительна и, теоретически, все описанные связи должны формироваться на базе чисто реактивных СВЧ-элементов.

В то же время, реализация вышеописанных принципов построения приемной антенной решетки при переводе их в область цифровых технологий очевидна и подтверждается практикой формирования с одной апертуры нескольких независимо сканирующих лучей в цифровой приемной антенной решетке, так как формирование нескольких амплитудно-фазовых распределений осуществляется цифровым (программным) способом на уровне многоканальной параллельной цифровой обработки принятых сигналов.

Технический результат состоит в уменьшении в цифровой приемной антенной решетке количества приемных устройств и АЦП, в увеличении сектора сканирования при постоянной амплитуде главного лепестка ДН антенной решетки.

Для этого в цифровую сканирующую приемную антенную решетку для радиолокационной станции по первому варианту, содержащую антенную решетку из N приемных антенных модулей, при этом принимаемый комплексный сигнал с каждого антенного модуля раскладывается на две квадратурные составляющие, образуя N пар сигналов, поступающих на соответствующие N пар входов устройства оцифровки, на выходе которого формируется N пар цифровых сигналов, к которым подмешиваются соответствующие цифровые сигналы, поступающие с цифрового устройства выработки коэффициентов для формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве приемной антенной решетки по каждому из сканирующих лучей, соединенного с устройством цифрового формирования М сканирующих диаграмм направленности (ДН), согласно изобретению дополнительно введено цифровое устройство формирования диаграммы направленности в каждом приемном антенном модуле, подключенное N парами своих входов к соответствующим выходным каналам устройства оцифровки приемных каналов, а своими выходными каналами к N парам входных каналов устройства цифрового формирования сканирующих ДН приемной антенной решетки, при этом к устройству цифрового формирования ДН в каждом приемном антенном модуле подключено цифровое устройство выработки весовых коэффициентов, выполненное 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 диаграмма направленности, по форме близкая к столообразной.

Технический результат по второму варианту достигается тем, что в цифровую сканирующую приемную антенную решетку для радиолокационной станции, содержащую решетку из N приемных антенных модулей, при этом принимаемый комплексный сигнал с каждой подрешетки раскладывается на две квадратурные составляющие, образуя N пар сигналов, поступающих на соответствующие N пар входов устройства оцифровки, на выходе устройства оцифровки сигналов приемной антенной решетки формируется N пар цифровых сигналов, к которым подмешиваются соответствующие цифровые сигналы, поступающие с цифрового устройства выработки коэффициентов для формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве приемной решетки по каждому из сканирующих лучей, соединенного с устройством цифрового формирования М сканирующих диаграмм направленности, согласно изобретению дополнительно введено цифровое устройство формирования диаграммы направленности (ДН) в каждом приемном антенном модуле, подключенное N парами своих входов к соответствующим выходным каналам устройства оцифровки приемных каналов, а своими выходными каналами к N парам входных каналов устройства цифрового формирования сканирующих ДН приемной антенной решетки, при этом к устройству цифрового формирования ДН в каждом приемном антенном модуле подключено цифровое устройство выработки весовых коэффициентов, выполненное с возможностью формирования в раскрыве цифровой решетки N амплитудно-фазовых распределений вида sinU/U, таким образом, что в дальней зоне каждому приемному элементу соответствует диаграмма направленности, по форме близкая к столообразной, причем формирование ДН в каждом приемном антенном модуле осуществляется программным способом на уровне внутримашинного обмена.

На Фиг. 2 показана структурная схема цифровой сканирующей приемной антенной решетки.

Приемная антенная решетка для радиолокационной станции содержит антенную решетку 1 из N приемных антенных модулей, устройство оцифровки 2, цифровое устройство 3 формирования ДН в каждом приемном антенном модуле, цифровое устройство выработки весовых коэффициентов 4, выполненное с возможностью формирования в раскрыве цифровой антенной решетки N амплитудно-фазовых распределений вида sinU/U, устройство 5 цифрового формирования М сканирующих диаграмм направленности, цифровое устройство 6 выработки коэффициентов для формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве приемной антенной решетки по каждой из сканирующих М диаграмм направленности.

Цифровая сканирующая приемная антенная решетка для радиолокационной станции работает следующим образом.

Плоская электромагнитная волна падает на N антенных модулей, образующих раскрыв антенной решетки, в общем случае под некоторым углом, в результате чего в апертуре антенной решетки формируется равноамплитудное распределение с постоянным фазовым сдвигом между антенными модулями, пропорциональным углу падения плоской волны. Совокупность антенных модулей и приемных устройств образует решетку приемных антенных модулей 1. СВЧ-энергия электромагнитной волны с выходов антенных модулей проходит на соответствующие N входов приемных устройств. На выходах приемных модулей выделяется комплексный сигнал промежуточной частоты в виде двух квадратурных составляющих (условно cos и sin), так что на выходе приемной антенной решетки образуются N пар сигналов, поступающих на соответствующие N пар входов устройства оцифровки 2, где осуществляется дискретизация сигналов и их квантование в соответствующих N парах модулей аналого-цифрового преобразования. Таким образом, решетка приемных модулей и устройство оцифровки приемных сигналов образуют цифровую приемную антенную решетку (ЦАР), у которой на выходе в цифровом виде имеет место амплитудно-фазовое распределение (АФР), повторяющее АФР на входах устройства 1. Диаграмма направленности такой ЦАР соответствует ДН традиционных антенных решеток, и ДН ее приемных антенных модулей по форме близки к косинусоидальной.

С выходов устройства 2 сигналы в цифровом виде поступают на соответствующие входы устройства цифрового формирования ДН в каждом приемном антенном модуле, к которому подключено цифровое устройство выработки весовых коэффициентов, выполненное с возможностью формирования в раскрыве ЦАР N АФР вида sinU/U, таким образом, что в дальней зоне каждому приемному элементу соответствует диаграмма направленности, по форме близкая к столообразной.

С этой целью во входных каналах устройства 3 приемные сигналы перемножаются с соответствующими цифровыми сигналами весовых коэффициентов, поступающих из устройства 4. Таким образом, на выходе устройства 4 будем иметь выходные каналы ЦАР, у которой каждым приемным модулем будет формироваться ДН, близкая к столообразной.

1. Цифровая сканирующая приемная антенная решетка для радиолокационной станции, содержащая решетку из N приемных антенных модулей, при этом принимаемый комплексный сигнал с каждой подрешетки раскладывается на две квадратурные составляющие, образуя N пар сигналов, поступающих на соответствующие N пар входов устройства оцифровки, на выходе устройства оцифровки сигналов приемной антенной решетки формируется N пар цифровых сигналов, к которым подмешиваются соответствующие цифровые сигналы, поступающие с цифрового устройства выработки коэффициентов для формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве приемной решетки по каждому из сканирующих лучей, соединенного с устройством цифрового формирования М сканирующих диаграмм направленности, отличающаяся тем, что дополнительно введено цифровое устройство формирования диаграммы направленности (ДН) в каждом приемном антенном модуле, подключенное N парами своих входов к соответствующим выходным каналам устройства оцифровки приемных каналов, а своими выходными каналами к N парам входных каналов устройства цифрового формирования сканирующих ДН приемной антенной решетки, при этом к устройству цифрового формирования ДН в каждом приемном антенном модуле подключено цифровое устройство выработки весовых коэффициентов, выполненное с возможностью формирования в раскрыве цифровой решетки N амплитудно-фазовых распределений вида sinU/U, таким образом, что в дальней зоне каждому приемному элементу соответствует диаграмма направленности, по форме близкая к столообразной.

2. Цифровая сканирующая приемная антенная решетка для радиолокационной станции, содержащая решетку из N приемных антенных модулей, при этом принимаемый комплексный сигнал с каждой подрешетки раскладывается на две квадратурные составляющие, образуя N пар сигналов, поступающих на соответствующие N пар входов устройства оцифровки, на выходе устройства оцифровки сигналов приемной антенной решетки формируется N пар цифровых сигналов, к которым подмешиваются соответствующие цифровые сигналы, поступающие с цифрового устройства выработки коэффициентов для формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве приемной решетки по каждому из сканирующих лучей, соединенного с устройством цифрового формирования М сканирующих диаграмм направленности, отличающаяся тем, что дополнительно введено цифровое устройство формирования диаграммы направленности (ДН) в каждом приемном антенном модуле, подключенное N парами своих входов к соответствующим выходным каналам устройства оцифровки приемных каналов, а своими выходными каналами к N парам входных каналов устройства цифрового формирования сканирующих ДН приемной антенной решетки, при этом к устройству цифрового формирования ДН в каждом приемном антенном модуле подключено цифровое устройство выработки весовых коэффициентов, выполненное с возможностью формирования в раскрыве цифровой решетки N амплитудно-фазовых распределений вида sinU/U, таким образом, что в дальней зоне каждому приемному элементу соответствует диаграмма направленности, по форме близкая к столообразной, причем формирование ДН в каждом приемном антенном модуле осуществляется программным способом на уровне внутримашинного обмена.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для для активного управления угломестной диаграммой направленности излучения антенной решетки. Технический результат - повышение точности компенсации потерь.

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.

Изобретение относится к системам управления вентильными электродвигателями вращения антенны радиолокационной станции (РЛС) и может быть использовано в регулируемых электроприводах.

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.

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.

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.

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.

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

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

Изобретение относится к спутниковой сети связи. Технический результат - обеспечение наивысшей пропускной способности в пределах приемлемых критериев надежности и переключение среди множества спектральных линий связи для обеспечения указанной определенной спектральной линии связи между источником и пунктом назначения. Для этого способ осуществления связи до пункта назначения по множеству спутниковых линий связи с использованием различных спектров, соответственно, содержащих: использование С-диапазона, Ku-диапазона и Ka-диапазона частот для передачи данных в одиночной антенне и одиночном маршрутизаторе и измерение параметров работы линии связи во время этой передачи данных, причем передача данных до указанного пункта назначения разрешена по одному выбранному диапазону частот из указанных диапазонов в соответствии со сравнением измеренных параметров работы линий связи с заранее определенными критериями. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Представлена антенная система базовых станций для использования в глобальных спутниковых навигационных системах. Антенная система включает в себя антенну, расположенную над высокоимпедансным емкостным экраном (ВИЕЭ). Благодаря тому что поперечные размеры ВИЕЭ и высота установки антенны над указанным экраном лежат в определенных пределах, одновременно может быть достигнуто как высокий уровень подавления многолучевых сигналов, так и высокая чувствительность к сигналам от низколетящих спутников. ВИЕЭ может быть изготовлен в виде плоской проводящей пластины, содержащей набор проводящих элементов, таких как штыри, штыри с увеличенными концами или структуры типа грибок. В других вариантах ВИЕЭ может быть изготовлен в виде плоской проводящей пластины, содержащей набор концентрических дроссельных колец. Антенная система может обеспечить миллиметровую точность определения координат, что на порядок лучше известных конструкций. 14 з.п. ф-лы, 47 ил.

Изобретение относится к радиолокации. Особенностью заявленной цифровой активной фазированной антенной решетки (ЦАФАР) является то, что четвертый выход синхронизатора соединен с третьим входом коммутатора, пятый и шестой выходы синхронизатора соединены с четвертыми входами первого и второго когерентных гетеродинов, при этом центральный процессор для заданного потребителем режима работы ЦАФАР выдает команды установки начальной частоты и крутизны линейной частотной модуляции в первый и второй когерентный СВЧ гетеродин, команды установки периода повторения и длительности зондирующих импульсов в синхронизатор, команды установки начальной фазы и амплитуды сигнала индивидуально для каждого приемо-передающего модуля (ППМ), параметров модуляции сигнала и приемного строба в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) каждого ППМ. Техническим результатом является расширение спектра зондирующих импульсов для повышения разрешения по дальности без увеличения объема формируемых цифровых данных. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к преобразовательным приемопередающим модулям (ПППМ), и может быть использовано в радиолокации и системах связи для работы в составе цифровых антенных решеток (ЦАР). Преобразовательный приемопередающий модуль цифровой антенной решетки содержит передающий канал с последовательно соединенными преобразователем частоты, на который поступает сигнал гетеродина, усилителем мощности, выход которого подключен к первому плечу первого переключателя передача-прием на ферритовом циркуляторе, второе плечо которого подключено к выходу-входу модуля, и приемный канал с последовательно соединенным первым переключателем передача-прием на ферритовом циркуляторе, третье плечо которого подключено к входу малошумящего усилителя, выход которого соединен с входом преобразователя частоты. При этом модуль выполнен многоканальным, в котором встроен многоканальный делитель мощности, который подает сигнал гетеродина к гетеродинным входам каналов. Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и уменьшении количества связей в распределительных системах ЦАР. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации. Особенностью заявленной цифровой активной фазированной антенной решетки (ЦАФАР) является то, что второй выход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) каждого приемо-передающего модуля (ППМ) через шину данных соединен с восьмым входом программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), десятый выход ПЛИС через шестой выход каждого ППМ и шину данных соединен с третьим входом центрального процессора, при этом центральный процессор для заданного потребителем режима работы ЦАФАР выдает команды установки частоты в первый и второй когерентные СВЧ гетеродины, команды установки периода повторения и длительности зондирующих импульсов в синхронизатор, команды установки начальной фазы и амплитуды сигнала индивидуально для каждого ППМ, общих параметров модуляции сигнала и приемного строба в ПЛИС каждого ППМ. Техническим результатом является снижение объема формируемых в каждом ППМ цифровых данных и пиковой скорости их передачи в центральный процессор. 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем в радиосвязи и радиолокации. Антенная система состоит из опоры со свободным центром, излучателя, расположенного внутри опоры со свободным центром, переизлучателя, установленного на опоре и имеющего возможность менять ориентацию по азимуту в широких пределах (вращаться). Причем переизлучатель расположен таким образом, что центр его проекции находится тоже внутри опоры. При этом излучатель выполнен в виде антенны с вращающейся поляризацией поля, а между излучателем и переизлучателем установлен поляризатор, преобразующий волну с круговой поляризацией в волну с другой поляризацией и имеющий возможность менять ориентацию по азимуту в широких пределах (вращаться), причем поляризатор и переизлучатель жестко связаны между собой. Технический результат заключается в устранении изменения плоскости поляризации при изменении ориентации переизлучателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Многолучевая антенна, в которой передающий канал от фокального устройства (2) к приемникам передающих парциальных усилителей усилительной решетки (1) выполнен в виде светового излучения, модулированного передаваемым радиосигналом. Световое излучение создается парами близко расположенных друг к другу светодиодных лазеров с различной длиной волны, размещенных в приемо-передающих модулях (8, 10) на фокальной поверхности (4). Приемники передающих парциальных усилителей выполнены как два близко расположенных фотоприемника с соответствующими светофильтрами. Луч (5) двойной поляризации образуется модулем (8), при этом световое излучение с амплитудным распределением (7) освещает фотоприемники передающих парциальных усилителей на апертуре (А). Луч (6) двойной поляризации образуется модулем (10), при этом световое излучение с амплитудным распределением (9) освещает фотоприемники передающих парциальных усилителей на апертуре (А1), при этом апертура (А1) может быть не соосна с апертурой (А). 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системам радиолокации. Способ формирования эллиптической диаграммы направленности для активной фазированной антенной решетки, содержащей линии задержки, причем линии задержки в антенне настраиваются таким образом, что прием и передача осуществляются электромагнитным излучением, сходящимся в фокусе эллипсоида. Технический результат заключается в возможности формирования эллиптической диаграммы направленности с возможностью изменения параметров АФАР для определения азимута, угла места и дистанции до цели. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к радиоэлектронным системам, применяющим цифровые антенные решетки. Способ заключается в том, что формирование в одноименных парциальных лучах многолучевой диаграммы направленности цифровой антенной решетки комплексных цифровых сигналов каналов виртуальной апертуры осуществляется из соответствующих комплексных цифровых сигналов каналов реальной апертуры путем их задержки во времени. Величину временных задержек в одноименных парциальных лучах априорно определяют по разности хода фазовых фронтов волн между соответствующими каналами реальной и виртуальной апертур, участвующими в формировании соответствующих сигналов каналов виртуальной апертуры. Технический результат заключается в достижении углового сверхразрешения и точности измерения угловых координат, определяемых суммой реальной апертуры цифровой антенной решетки и синтезированной виртуальной, при произвольном местоположении элементов групповой цели с разными ЭПР и различном положении ДН. 14 ил.

Изобретение относится к области спутниковой связи и может быть использовано для компенсации неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи. Предложен способ, который включает измерение амплитуды и фазы сигналов, отраженных от рефлектора спутника, причем эти амплитуды и фазы формируют первую совокупность результатов измерения. Способ включает расчет корреляционной матрицы элементов как функции от первой совокупности результатов измерения. Корреляционная матрица элементов представляет диаграмму излучения облучающего элемента рефлектора. При этом способ включает регулирование диаграммы направленности сформированного пучка формирователя пучков на основании корреляционной матрицы элементов, что обеспечивает компенсацию неидеальной поверхности рефлектора. Технический результат – повышение точности компенсации неидеальной поверхности рефлектора. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх