Способ формирования диаграммы направленности цифровой антенной решеткой

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам формирования диаграммы направленности цифровыми антенными решетками при обзоре пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС). Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей антенны. А техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента усиления антенны на прием. Способ основан на том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки (ЦАР) передающую диаграмму направленности антенны (ДНА) вида cosec2 по углу места и игольчатую по азимуту и излучают зондирующий сигнал. Для достижения технического результата осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР, формируют приемную многолучевую ДНА по углу места и игольчатую по азимуту посредством цифрового диаграммообразования таким образом, что ее лучи по углу места перекрывают по ширине передающую ДНА cosec2, формируют массив комплексных амплитуд отраженных сигналов, принятых по каждому лучу ДНА. 3 ил.

 

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам формирования диаграммы направленности цифровыми антенными решетками при обзоре пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС).

В режимах картографирования земной поверхности (режим реального луча, синтезированной апертуры и др.) необходимо облучить исследуемый участок земной поверхности зондирующим сигналом. При протяженных зонах обзора по дальности можно применить многострочный просмотр зоны по дальности узким лучом диаграммы направленности по углу места. Однако это приведет к увеличению времени обзора в соответствующее количеству строк раз, что является существенным недостатком.

Известен «Способ радиолокационного обзора зоны пространства» [RU 2367973, опубликовано 20.09.2009, МПК G01S 13/00]. Способ включает облучение i-й части зоны широким лучом, охватывающим ni>1 угловых направлений и прием сигналов парциальными каналами с игольчатыми диаграммами направленности антенны. При этом переходят к облучению широким лучом (i+1)-й части зоны, содержащей ni+1>1 угловых направлений, если в i-й части зоны не принят сигнал, превышающий пороговый уровень, а при обнаружении с p≥1 из ni угловых направлений сигнала, превышающего пороговый уровень. Далее осматривают только эти p направлений, последовательно облучая каждое из них с уменьшенной в ni раз шириной луча.

Недостатком данного способа является невозможность его применения в режимах воздух-поверхность из-за того, что сокращение времени обзора достигается пропуском угловых направлений, в которых отсутствует сигнал, отраженный от цели. В режимах воздух-поверхность формируется непрерывное радиолокационное изображение (РЛИ) не допускающее пропуска угловых направлений.

При протяженных зонах обзора по дальности в наземных РЛС обзора воздушного пространства и в самолетных РЛС обзора земной поверхности применяют способ обзора с использованием широкой диаграммы направленности антенны (ДНА) по углу места вида cosec2, чтобы облучить всю зону обзора по дальности за один интервал излучения, при этом в азимутальной плоскости ДНА должна оставаться узкой и ее ширина определяется разрешающей способностью по азимуту. Этот способ описан в источнике [Основы проектирования радиоэлектронных систем: Методические указания к курсовому проектированию / Лукьянчук А.Г. Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2011 г., стр. 21-22].

Однако расширение луча ДНА приводит к снижению коэффициента направленного действия антенны и соответственно к снижению потенциала БРЛС. Предположим, что мы имеем антенную решетку, ширина узкого луча ДНА по уровню 3 дБ которой равна 2° по азимуту и 2° по углу места, а ширина ДНА вида cosec2 по уровню 3 дБ равна 2° по азимуту и 10° по углу места.

Известно, что коэффициент усиления антенны ,

тогда для суммарной ДН: ,

а для ДН вида cosec2:

Для данного случая применение диаграммы направленности вида cosec2 приведет к снижению коэффициента усиления в 5 раз:

Этот наглядный пример демонстрирует, что использование ДНА вида cosec2 приводит к значительному уменьшению коэффициента усиления антенны, а, следовательно, и к ухудшению параметров РЛС, например к уменьшению дальности обнаружения целей:

.

То есть при уменьшении коэффициента усиления антенны и на передачу и на прием в 5 раз, дальность обнаружения уменьшается в 2,23 раза относительно дальности обнаружения при формировании узкого луча антенной решетки.

Таким образом, недостатком указанного технического решения является низкий коэффициент усиления антенны, снижающий функциональные возможности антенны.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением является расширение функциональных возможностей антенны.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента усиления антенны на прием.

Сущность изобретения заключается в том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки (ЦАР) передающую диаграмму направленности антенны (ДНА) вида cosec2 по углу места и игольчатую по азимуту и излучают зондирующий сигнал.

Новым в предлагаемом способе является то, что осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР. Затем формируют приемную многолучевую ДНА по углу места и игольчатую по азимуту посредством цифрового диаграммообразования, таким образом, что ее лучи по углу места перекрывают по ширине передающую ДНА cosec2, а затем формируют массив комплексных амплитуд отраженных сигналов, принятых по каждому лучу ДНА.

На Фиг. 1 схематично изображен процесс обзора пространства.

На Фиг. 2 представлен вариант цифровой антенной решетки, осуществляющей способ.

На Фиг. 3 изображены формируемые диаграммы направленности антенны.

Цифровая антенная решетка состоит из N групп излучателей (1), объединенных в подрешетки (2), выход каждой из подрешеток (2) соединен с каждым из М блоков цифрового диаграммообразования (ЦЦО) (3).

Способ обзора земной поверхности радиолокационной станцией с цифровой антенной решеткой (ЦАР) осуществляется следующим образом. Для примера пусть бортовая радиолокационная станция с цифровой антенной решеткой в режиме работы воздух-поверхность осуществляет облучение земной поверхности в режиме бокового обзора. Для перекрытия большой зоны по дальности ЦАР формирует диаграмму по углу места вида cosec2 и игольчатую по азимуту. Пример схемы обзора приведен на Фиг. 1. Указанная диаграмма направленности формируется на передачу сигнала. После формирования диаграммы направленности антенной излучается зондирующий сигнал в направлении земной поверхности. Диаграмма направленности на передачу может формироваться как аналоговым способом, используя устройства распределения и фазирования, как это осуществляется, например в активной фазированной антенной решетке [RU 161794, опубликовано 10.05.2016, МПК H01Q 21/00 (2006.01)], так и цифровым способом.

Цифровая антенная решетка состоит из нескольких подрешеток (2), количество которых N определяется конкретными техническими требованиями, а именно требованиями к ширине диаграммы направленности одной подрешетки (2), которая должна быть равна ширине диаграммы направленности cosec2 всей ЦАР. Излучатели антенны (1) принимают отраженный от поверхности земли сигнал, далее сигналы, принятые излучателями (1), объединяется в один сигнал в подрешетке (2) и он поступает с каждой подрешетки (2) на вход каждого блока ЦДО (3). В соответствии с алгоритмами ЦДО, например приведенными в книге [«Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках», Григорьев Л.Н., М.: «Радиотехника», 2010 г., стр. 13-22.], каждым из М блоков ЦДО формируется отдельный луч ДНА, с требуемым отклонением от ϕ0 (центра диаграммы cosec2). Количество М блоков равняется количеству формируемых лучей ДНА. Диаграмму направленности антенны формируют таким образом, что М лучей приемной ДНА по углу места по ширине перекрывают передающую ДНА cosec2. При этом ширина зоны обзора многолучевой ДНА определяется шириной ДНА подрешетки, уровень центрального луча многолучевой ДНА соответствует уровню суммарной ДНА ЦАР, а огибающая многолучевой ДНА повторяет форму ДНА подрешетки (Фиг. 3).

После формирования многолучевой диаграммы формируют массивы комплексных амплитуд отраженных сигналов, соответствующих принятым сигналам по каждому из М лучей ДНА по углу места.

Сформировав многолучевую диаграмму направленности на прием по углу места, ширина ДНА которой соответствует ширине ДНА вида cosec2, а уровень центрального луча в многолучевой ДНА (луч с нулевым отклонением), соответствует уровню суммарной ДНА ЦАР, получаем значение коэффициента усиления ЦАР с широким лучом на прием, равное значению коэффициента усиления ЦАР с узким лучом. Соответственно увеличивая коэффициент усиления антенны на прием, расширяются функциональные возможности цифровой антенной решетки. Например, дальность обнаружения увеличивается в раз, что в рассмотренном выше примере соответствует 1.5 раза.

Таким образом, достигается заданный технический результат и решается техническая проблема.

Способ формирования диаграммы направленности цифровой антенной решеткой, заключающийся в том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки (ЦАР) передающую диаграмму направленности антенны (ДНА) вида cosec2 по углу места и игольчатую по азимуту и излучают зондирующий сигнал, отличающийся тем, что осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР, формируют приемную многолучевую ДНА по углу места и игольчатую по азимуту посредством цифрового диаграммообразования таким образом, что ее лучи по углу места перекрывают по ширине передающую ДНА cosec2, формируют массив комплексных амплитуд отраженных сигналов, принятых по каждому лучу ДНА.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем во вторичной радиолокации. Антенная система вторичного радиолокатора состоит из основной антенны канала запроса, антенны канала подавления боковых лепестков, установленной вне основной антенны канала запроса.

Изобретение относится к технике измерений ФАР с большим числом N элементов и может применяться для их диагностики при частичном или полном отказе устройства управления фазой части излучателей тестируемой ФАР в процессе разработки, изготовления, настройки и эксплуатации ФАР.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке устройств для излучения радиоволн преимущественно дециметрового и более длинноволнового диапазона электромагнитных волн.

Изобретение относится к антенной технике. Устройство для беспроводной связи, содержащее: антенный модуль миллиметрового диапазона, содержащий по меньшей мере два антенных элемента, корпус, включающий в себя проводящие структуры с апертурой для согласования антенного модуля с внешним пространством.

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре и может применяться в антенной технике в качестве полотна антенного фазированной антенной решетки (ФАР). Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции, точность позиционирования и надежность крепления большого количества элементов ФАР.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в составе радиолокационных станций. Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической фазированной антенной решетки, основан на размещении на ее поверхности излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей, излучении плоского поля путем электронного управления фазовым сдвигом сигналов, проходящих через излучатели.

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной антенной решетки наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии является то, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары.

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной приемопередающей антенной решетки модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии является то, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары.

Изобретение относится к области радиолокационной техники. Для охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР) в промежутке между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав каждого ряда АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, в зонах, соответствующих расположению тепловыделяющих элементов каждого из приемо-передающих модулей, размещено две трубы, по существу, эллиптического поперечного сечения.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено при одновременном измерении двух угловых координат (УК) цели в системах моноимпульсной радиолокации и радиопеленгации.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при радиолокационном обзоре заданной зоны с помощью мобильных радиолокационных станций кругового обзора с антенной в виде одномерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом по углу места и механическим вращением по азимуту.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к способам определения эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов, и может быть использовано для расчета эффективной площади рассеяния летательных аппаратов в полете штатными средствами радиолокационных станций.

Изобретение относится к обзорным радиолокационным станциям (РЛС), конкретно к РЛС кругового обзора со стационарными антеннами, и может быть использовано в системах контроля и управления воздушным движением (УВД).

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения, сопровождения и получения координатной и некоординатной информации о ракетах-носителях и космических аппаратах в секторе электронного сканирования (СЭС), оценки помеховой обстановки в СЭС, а также обобщения информации о целевой и помеховой обстановке, полученной в активном и пассивном режимах функционирования.

Изобретение относится к способам обработки сверхширокополосных сигналов (СШС) с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) в радио и акустических системах локации, навигации и связи при наличии искажений этих сигналов за счет нелинейности фазочастотных характеристик приемопередающих трактов и канала распространения.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС), в которых в качестве антенны используется активная фазированная антенная решетка.

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для построения обзорных радиолокационных станций с цифровыми антенными решетками. Достигаемый технический результат - уменьшение времени обзора и повышение точности измерения координат объектов.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах с зондирующими сигналами, кодированными по фазе (фазокодоманипулированными сигналами), для измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта.

Изобретение относится к системе взимания платы за проезд. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности контроля проезжающих транспортных средств за счет размещения антенной системы вдоль продольного направления контролирующего транспортного средства.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано при создании радиолокационных измерительных комплексов.

Предлагаемые устройства относятся к радиолокационным и гидролокационным системам с импульсным сжатием многофазных кодов. Технический результат заключается в повышении качества сжатия сигналов, производится подавление боковых лепестков, возникающих в процессе сжатия, при котором обеспечивается увеличение числа многофазных кодов длины N, для всех значений временных сдвигов (отсчетов), исключая двух ±N, в которых относительный уровень боковых лепестков находится в диапазоне от -20 lgN -6 до -20 lgN -8 dB за счет использования симметрично усеченных кодов, образованных последовательным удалением равного числа первых и последних символов кодов большей длины. При этом ширина главного лепестка на уровне -6 dB равна 2τ, на уровне PSL лежит в диапазоне 3÷4τ, а потери сигнал/шум на выходе устройства составляют -1.7 dB. Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии симметрично усеченных многофазных кодов длины N содержит соединенные по входу первый цифровой фильтр с КИХ порядка N-1 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и второго цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой порядка N+1, выход которого соединен с первым входом сумматора, а выход первого цифрового фильтра подключен к линии задержки на длительность одного кодового элемента и к первому входу вычитателя, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, а выход подключен ко второму входу сумматора. 3 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам формирования диаграммы направленности цифровыми антенными решетками при обзоре пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях. Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей антенны. А техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента усиления антенны на прием. Способ основан на том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки передающую диаграмму направленности антенны вида cosec2 по углу места и игольчатую по азимуту и излучают зондирующий сигнал. Для достижения технического результата осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР, формируют приемную многолучевую ДНА по углу места и игольчатую по азимуту посредством цифрового диаграммообразования таким образом, что ее лучи по углу места перекрывают по ширине передающую ДНА cosec2, формируют массив комплексных амплитуд отраженных сигналов, принятых по каждому лучу ДНА. 3 ил.

Наверх