Система фазированной антенной решетки, имеющая модульную архитектуру для управления и мониторинга

Изобретение относится к антенной технике, в частности к фазированным антенным решеткам, имеющим модульную архитектуру для управления и мониторинга. Система фазированной антенной решетки может включать в себя множество подрешеток радиочастотных (РЧ) мозаичных элементов, расположенных в определенном порядке с образованием РЧ-апертуры. Каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов может включать в себя множество РЧ-элементов, и каждый РЧ-элемент может управляться раздельно для управления радиолучом, создаваемым РЧ-элементом, или для отслеживания радиолуча, принимаемого РЧ-элементом. Система фазированной антенной решетки также может включать в себя антенный контроллер, выполненный с возможностью обработки данных, для управления одним или более радиолучами или для отслеживания одного или более радиолучей посредством указанного множества РЧ-элементов. Антенный контроллер дополнительно может включать в себя множество конечных автоматов апертуры. С каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов может быть связан конечный автомат апертуры для управления работой соответствующей подрешетки РЧ мозаичных элементов. Система фазированной антенной решетки также может включать в себя множество шин для РЧ мозаичных элементов. Одна шина для РЧ мозаичных элементов функционально соединяет каждый конечный автомат апертуры с подрешеткой РЧ мозаичных элементов. Указанная конструкция обеспечивает использование информации о калибровке и компенсации фазы РЧ-элементов при вычислениях фазы для формирования луча. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится к антеннам и антенным системам, а более конкретно, к системе фазированной антенной решетки, имеющей модульную архитектуру для управления и мониторинга. Фазированные антенные решетки включают в себя множество антенных элементов, которые могут быть расположены в заданном порядке. Например, антенные элементы могут быть расположены в виде рядов и столбцов, хотя также могут быть использованы другие компоновки в зависимости от решаемой задачи, применения или других параметров. Каждым из антенных элементов необходимо управлять, чтобы управлять направлением распространения радиолуча, создаваемого или передаваемого фазированной антенной решеткой. Управление направлением передачи или приема радиолучей или РЧ сигналов посредством фазированной антенной решетки может называться управлением (steering) лучом или отслеживанием луча. Фазированные антенные решетки с электронным управлением лучом, как правило, требуют значительных вычислительных мощностей и обработки для создания радиолуча и управления им. Сигналы управления затем должны быть распределены и поданы к антенным элементам, которые, как правило, требуют значительного количества электрических соединений для передачи данных. Это может ограничить возможность расширения фазированной антенной решетки, особенно там, где могут быть ограничения по размеру и пространству, например на воздушном летательном аппарате или космическом летательном аппарате. Кроме того, применение фазированной антенной решетки на воздушном летательном аппарате или космическом летательном аппарате может потребовать уровень рабочих характеристик, обеспечивающий управление несколькими радиолучами одновременно. Могут потребоваться рабочие характеристики при управлении лучом или отслеживании луча для поддержки широкого диапазона угловых скоростей и ускорений транспортного средства. Рабочие характеристики при отслеживании предпочтительно не зависят от количества РЧ элементов, радиолучей или размера передающей и приемной апертур.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] В соответствии с примером система фазированной антенной решетки может включать в себя множество подрешеток радиочастотных (РЧ) мозаичных элементов, расположенных в определенном порядке с образованием РЧ апертуры. Каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов может включать в себя множество РЧ элементов, и каждый РЧ элемент может управляться раздельно для управления радиолучом, создаваемым РЧ элементом, или для отслеживания радиолуча, принимаемого РЧ элементом. Система фазированной антенной решетки также может включать в себя антенный контроллер, выполненный с возможностью обработки данных, для управления одним или более радиолучами или для отслеживания одного или более радиолучей посредством указанного множества РЧ элементов. Антенный контроллер дополнительно может включать в себя множество конечных автоматов апертуры. Конечный автомат апертуры может быть связан с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов для управления работой соответствующей подрешетки РЧ мозаичных элементов. Система фазированной антенной решетки дополнительно может включать в себя множество шин для РЧ мозаичных элементов. Одна шина для РЧ мозаичных элементов может функционально соединять каждый конечный автомат апертуры с соответствующей подрешеткой РЧ мозаичных элементов.

[003] В соответствии с другим примером система фазированной антенной решетки может включать в себя множество подрешеток радиочастотных (РЧ) мозаичных элементов, расположенных в определенном порядке с образованием РЧ апертуры. Каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов может включать в себя множество РЧ элементов, и каждый РЧ элемент может быть выполнен с возможностью раздельного управления для управления радиолучом или для отслеживания радиолуча. Подрешетка РЧ мозаичных элементов также может включать в себя интегральную схему управления мозаичными элементами, выполненную с возможностью индивидуального управления указанным множеством РЧ элементов. Подрешетка РЧ мозаичных элементов дополнительно может включать в себя матрицу последовательной шины данных и синхронизации, которая функционально соединяет указанное множество РЧ элементов с интегральной схемой управления мозаичными элементами. Система фазированной антенной решетки также может включать в себя антенный контроллер, выполненный с возможностью обработки данных, для управления одним или более радиолучами, создаваемыми множеством РЧ элементов, или для отслеживания одного или более радиолучей, создаваемых множеством РЧ элементов. Подрешетка РЧ мозаичных элементов дополнительно может включать в себя множество шин для РЧ мозаичных элементов. Одна шина для РЧ мозаичных элементов может быть связана с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов, которая функционально соединяет соответствующую подрешетку РЧ мозаичных элементов с антенным контроллером.

[004] В соответствии еще с одним примером способ управления системой фазированной антенной решетки и мониторинга такой системы может включать в себя прием данных для использования при управлении радиолучом или при отслеживании радиолуча. Способ также может включать одновременную и раздельную обработку данных для предоставления уникальных данных управления в каждую подрешетку РЧ мозаичных элементов из множества подрешеток РЧ мозаичных элементов. Каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов может включать в себя множество РЧ элементов, и каждый РЧ элемент может управляться раздельно для управления радиолучом, создаваемым РЧ элементом, или для отслеживания радиолуча, принимаемого РЧ элементом, на основе уникальных данных управления. Способ также может включать передачу каждых уникальных данных управления на соответствующую подрешетку РЧ мозаичных элементов по одной шине из множества шин для РЧ мозаичных элементов. Одна шина для РЧ мозаичных элементов из указанного множества шин для РЧ мозаичных элементов связана с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов из указанного множества подрешеток РЧ мозаичных элементов.

[005] В соответствии с другим примером или любым из предыдущих примеров антенный контроллер может дополнительно включать в себя блок управления антенной. Блок управления антенной может быть выполнен с возможностью приема данных для управления одним или более радиолучами или для отслеживания одного или более радиолучей и с возможностью передачи данных состояния и управления и информации об ориентации лучей на один из конечных автоматов апертуры при выборе РЧ элементов подрешетки РЧ мозаичных элементов, связанной с указанным одним конечным автоматом апертуры, для использования при управлении одним или более радиолучами или при отслеживании одного или более радиолучей.

[006] В соответствии с другим примером или любым из предыдущих примеров каждый конечный автомат апертуры может быть выполнен с возможностью обработки данных о фазе РЧ элемента для соответствующей подрешетки РЧ мозаичных элементов с использованием сферических координат и функции фазовой компенсации. Данные о фазе РЧ элемента обеспечивают для соответствующей подрешетки РЧ мозаичных элементов возможность управления одним или более радиолучами или отслеживания одного или более радиолучей. Указанное множество конечных автоматов апертуры обеспечивает одновременную обработку данных о фазе подрешетки РЧ мозаичных элементов исходя из решения по управлению или отслеживанию для загрузки данных о фазе РЧ элемента в соответствующие подрешетки РЧ мозаичных элементов.

[007] В соответствии с другим примером или любым из предыдущих примеров каждый конечный автомат апертуры может включать в себя компенсационную таблицу для РЧ элементов, выполненную с возможностью приема информации от блока управления антенной, для использования при определении решения по управлению или отслеживанию и выполненную с возможностью определения компенсационных данных РЧ элемента на основе этой информации. Каждый конечный автомат апертуры также может включать в себя конвейер для вычисления истинной временной задержки и фазы для получения многолучевой диаграммы направленности мозаичного элемента, выполненный с возможностью приема компенсационных данных РЧ элемента из компенсационной таблицы для РЧ элементов и информации об ориентации лучей от блока управления антенной. Конвейер для вычисления истинной временной задержки и фазы для получения многолучевой диаграммы направленности мозаичного элемента выполнен с возможностью определения значения сдвига фазы для каждого РЧ элемента соответствующей РЧ подрешетки на основе информации о компенсации РЧ элемента и информации об ориентации лучей. Конечный автомат апертуры также может включать в себя физический уровень (PHY) мозаичного элемента, соединяющий конвейер для вычисления истинной временной задержки и фазы для получения многолучевой диаграммы направленности мозаичного элемента с соответствующей шиной для РЧ мозаичных элементов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[008] Последующее подробное описание примеров дано со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые иллюстрируют конкретные примеры приведенного раскрытия. Другие примеры, имеющие иные конструкции и операции, охватываются объемом настоящего изобретения.

[009] На ФИГ. 1 показана блок-схема примера системы фазированной антенной решетки, имеющей модульную архитектуру для управления и мониторинга, в соответствии с примером настоящего изобретения.

[0010] На ФИГ. 2 показана блок-схема примера конечного автомата апертуры для управления работой подрешетки РЧ мозаичных элементов антенной апертуры системы фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.

[0011] На ФИГ. 3 показана подробная блок-схема, иллюстрирующая пример соединителя для мозаичных элементов подрешетки РЧ мозаичных элементов, в соответствии с примером настоящего изобретения.

[0012] На ФИГ. 4 показана блок-схема примера подрешетки РЧ мозаичных элементов в соответствии с примером настоящего изобретения.

[0013] На ФИГ. 5 показано изображение примера протокола приоритетов доступа к данным для РЧ специализированных интегральных схем (ASIC) в соответствии с примером настоящего изобретения.

[0014] На ФИГ. 6 показана структурная схема примера способа определения сдвига фазы для каждого РЧ элемента для управления радиолучом или для отслеживания радиолуча в соответствии с примером настоящего изобретения.

[0015] На ФИГ. 7 показана структурная схема примера способа управления системой фазированной антенной решетки и мониторинга такой системы в соответствии с примером настоящего изобретения.

[0016] На ФИГ. 8 показана блок-схема транспортного средства, включающая в себя систему фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Последующее подробное описание примеров дано со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые иллюстрируют конкретные примеры приведенного раскрытия. Другие примеры, имеющие различные конструкции и операции, не выходят за пределы объема настоящего изобретения. Одинаковые ссылочные позиции могут относиться к одному и тому же элементу или компоненту на разных чертежах.

[0018] Некоторые термины используются в настоящем документе только для удобства и не должны быть истолкованы как ограничивающие описанный пример. Например, такие выражения, как "ближний", "дальний", "верх", "низ", "верхний", "нижний", "левый", "правый", "горизонтальный", "вертикальный", "вверх" и "вниз" и т.д. описывают только конфигурацию, показанную на фигурах чертежей или относительные положения, используемые в отношении ориентации, описанных на представленных фигурах чертежей. Поскольку компоненты примеров могут быть размещены в нескольких различных ориентациях, терминология, относящаяся к направлениям, использована только в целях иллюстрации и не предназначена для какого-либо ограничения. Следует понимать, что возможно использование других примеров, и могут быть выполнены конструктивные или логические изменения без отхода от объема настоящего изобретения. Таким образом, последующее подробное описание не должно быть истолковано в ограничивающем смысле, а объем настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения.

[0019] На ФИГ. 1 показана блок-схема примера системы 100 фазированной антенной решетки, имеющей модульную архитектуру 102 для управления и мониторинга, в соответствии с примером настоящего изобретения. Система 100 фазированной антенной решетки может быть системой низкопрофильной фазированной антенной решетки, которая может использоваться на транспортном средстве, таком как, например, воздушное или космическое летательное транспортное средство, причем низкопрофильная фазированная антенная решетка или антенная система 100 будет обеспечивать пренебрежимо малое аэродинамическое сопротивление или его отсутствие или воздействие на рабочие характеристики транспортного средства. Система 100 фазированной антенной решетки может включать в себя множество подрешеток 104 радиочастотных (РЧ) мозаичных элементов, которые могут быть расположены в определенном порядке с образованием РЧ апертуры 106. Указанное множество подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов может включать в себя первую группу подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов, которые могут образовывать приемную апертуру 106а, и вторую группу подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов, которые могут образовывать передающую апертуру 106b. Подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов приемной апертуры 106а и подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов передающей апертуры 106b могут иметь одну и ту же конструкцию. Первая группа подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов приемной апертуры 106а и вторая группа подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов передающей апертуры 106b могут каждая включать в себя одинаковое количество подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов или различное количество подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов. Каждая подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов может включать в себя множество РЧ элементов 112 для передачи и приема РЧ сигналов. Каждый РЧ элемент 112 может быть выполнен с возможностью раздельного управления для управления радиолучом 114, 116, создаваемым РЧ элементом 112 или группой РЧ элементов 112, или для отслеживания радиолуча 114, 116, создаваемого РЧ элементом 112 или группой РЧ элементов 112. РЧ элемент 112 или группа РЧ элементов 112 приемной апертуры 106а может отслеживать отдельный принимаемый радиолуч 114а или множество принимаемых радиолучей 114а-114n. РЧ элемент 112 или группа РЧ элементов 112 передающей апертуры 106b может управлять отдельным передаваемым радиолучом 116а или множеством передаваемых радиолучей 116a-116d. Радиолучи 114, 116 могут содержать РЧ сигналы.

[0020] Каждая подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов также может включать в себя множество РЧ интегральных схем или специализированных интегральных схем (ASIC) 118. С каждым РЧ элементом 112 может быть связана РЧ специализированная интегральная схема 118 для управления работой РЧ элемента 112. Каждая РЧ специализированная интегральная схема 118 может быть функционально соединена с одним, двумя или четырьмя РЧ элементами 112 для управления работой соответствующего отдельного РЧ элемента 112 или двух или четырех РЧ элементов 112.

[0021] Каждая подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов также может включать в себя специализированную интегральную схему 120 управления мозаичными элементами для обращения к каждой из РЧ специализированных интегральных схем 118 и управления ее работой. Каждая специализированная интегральная схема 120 управления мозаичными элементами может быть реализована в виде специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или сложной программируемой логической интегральной схемы (CPLD). Специализированная интегральная схема 120 управления мозаичными элементами может быть функционально соединена с каждой из РЧ специализированных интегральных схем 118 посредством матрицы 122 шины для РЧ специализированных интегральных схем, которая в настоящем документе также может называться матрицей последовательной шины данных и синхронизации. Специализированная интегральная схема 120 управления мозаичными элементами может обращаться к РЧ специализированной интегральной схеме 118 посредством линии синхронизации и линии данных, как более подробно описано в настоящем документе. Пример подрешетки РЧ мозаичных элементов, который может быть использован для каждой из подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов, более подробно будет описан со ссылкой на ФИГ. 4.

[0022] Система 100 фазированной антенной решетки также может включать в себя антенный контроллер 124. Антенный контроллер 124 может быть выполнен с возможностью обработки данных, принимаемых антенным контроллером 124 для управления указанными одним или более радиолучами 114-116 или для их отслеживания посредством указанного множества РЧ элементов 112. Антенный контроллер 124 может включать в себя блок 126 управления антенной и множество конечных автоматов 128 апертуры, функционально соединенных с блоком 126 управления антенной. Множество конечных автоматов 128 апертуры может включать в себя группу конечных автоматов 128b приемной апертуры и группу конечных автоматов 128b передающей апертуры. Конечный автомат 128 апертуры может быть связан с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов 104 для управления работой соответствующей подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов. Пример конечного автомата апертуры, который может быть использован для каждого из конечных автоматов 128 апертуры, более подробно будет описан со ссылкой на ФИГ. 2.

[0023] Система 100 фазированной антенной решетки также может включать в себя множество шин 130 для РЧ мозаичных элементов. Одна шина 130 для РЧ мозаичных элементов может функционально соединять каждый конечный автомат 128 апертуры с подрешеткой 104 РЧ мозаичных элементов, соответствующей ему. Соответственно, каждый конечный автомат 128b приемной апертуры может быть функционально соединен отдельной шиной 130а для РЧ мозаичных элементов с соответствующей подрешеткой 104 РЧ мозаичных элементов приемной апертуры 106а. Аналогично, каждый конечный автомат 128b передающей апертуры может быть функционально соединен отдельной шиной 130b для РЧ мозаичных элементов с соответствующей подрешеткой 104 РЧ мозаичных элементов передающей апертуры 106b. Каждая шина 130 для РЧ мозаичных элементов может быть полудуплексной синхронной последовательной шиной для передачи данных РЧ элемента 112, чтобы уменьшить количество электрических соединений с каждой подрешеткой 104 РЧ мозаичных элементов до четырех контактов, что более подробно будет описано со ссылкой на ФИГ. 3

[0024] Блок 126 управления антенной может быть выполнен с возможностью приема данных 132 для управления одним или более радиолучами 114-116 или для их отслеживания и с возможностью передачи данных состояния и управления и информации об ориентации лучей на один из конечных автоматов 128 апертуры при выборе РЧ элементов 112 подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов, связанной с указанным одним конечным автоматом 128 апертуры, для использования при управлении одним или более радиолучами 114-116 или при их отслеживании. Примеры данных 132, принимаемых блоком 126 управления антенной, могут включать в себя, помимо прочего, географическое положение транспортного средства, например информацию системы глобального позиционирования (GPS), информацию о состоянии антенны, навигационную информацию, такую как скорость транспортного средства, направление курса, скорости углового движения транспортного средства, или другую информацию о пространственном положении и состоянии транспортного средства, данные о состоянии неисправности РЧ элементов, данные об изоляции РЧ элементов, а также любую другую информацию, которая может оказаться полезной для управления радиолучом или радиолучами 114-116 или для отслеживания радиолуча или радиолучей 114-116. Данные 132 могут быть приняты от различных датчиков на транспортном средстве. Блок 126 управления антенной может обрабатывать принимаемые данные и может передавать данные управления на один или более конечных автоматов 128b приемной апертуры или на один или более конечных автоматов 128b передающей апертуры, в зависимости от того, какая подрешетка или подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов управляются данными управления. Данные управления могут быть отправлены блоком 126 управления антенной на выбранный один или более конечных автоматов 128b приемной апертуры, в зависимости от того, какая подрешетка или подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов приемной апертуры 106а управляются для отслеживания одного или более принимаемых радиолучей 114а-114n. Аналогично, данные управления могут быть отправлены блоком 126 управления антенной на выбранный один или более конечных автоматов 128b передающей апертуры, в зависимости от того, какая подрешетка или подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов передающей апертуры 106b управляются для управления передаваемым радиолучом или радиолучами 116а-116n.

[0025] Блок 126 управления антенной также может получать информацию о состоянии и/или иную информацию от соответствующих подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов приемной апертуры 106а и передающей апертуры 106b через шину 130 для РЧ мозаичных элементов и конечный автомат 128 апертуры, связанный с данной конкретной подрешеткой 104 РЧ мозаичных элементов. Данные управления и информация о состоянии, которыми обмениваются блок 126 управления антенной и конечные автоматы 128b приемной апертуры, могут включать в себя средства прямого доступа к памяти (DMA) 134 для приемных (RX) РЧ мозаичных элементов. Аналогично, данные управления и информация о состоянии, которыми обмениваются блок 126 управления антенной и конечные автоматы 128b передающей апертуры, могут включать в себя средства прямого доступа к памяти (DMA) 136 для передающих (ТХ) РЧ мозаичных элементов. Пример средств DMA 134 для приемных (RX) РЧ мозаичных элементов и средств DMA 136 для передающих (TX) РЧ мозаичных элементов будет описан более подробно со ссылкой на ФИГ. 2.

[0026] Каждый конечный автомат 128 апертуры может быть выполнен с возможностью обработки данных о фазе РЧ элемента для соответствующей подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов с использованием информации об ориентации лучей в сферических координатах и функции фазовой компенсации. Данные о фазе РЧ элемента могут обеспечивать для соответствующей подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов возможность управления или отслеживания указанных одного или более радиолучей 114/116. Множество конечных автоматов 128 апертуры обеспечивает одновременную обработку данных о фазе подрешетки РЧ мозаичных элементов исходя из решения по управлению или отслеживанию для загрузки данных о фазе РЧ элемента в соответствующие подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов.

[0027] На ФИГ. 2 показана блок-схема примера конечного автомата 200 апертуры для управления работой подрешетки РЧ мозаичных элементов антенной апертуры системы фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения. Показанный в качестве примера конечный автомат 200 апертуры может быть использован для каждого из конечных автоматов 128b приемной апертуры и конечных автоматов 128b передающей апертуры по ФИГ. 1. Конечный автомат 200 апертуры может содержать стек 202 прямого доступа к памяти для управления апертурой и контроля ее состояния. Стек 202 прямого доступа к памяти для управления апертурой и контроля ее состояния может соответствовать средствам 134 прямого доступа к памяти для приемных РЧ мозаичных элементов по ФИГ. 1, если конечный автомат 200 апертуры является конечным автоматом 128b приемной апертуры. Стек 202 прямого доступа к памяти для управления апертурой и контроля ее состояния может соответствовать средствам 136 прямого доступа к памяти для передающих РЧ мозаичных элементов по ФИГ. 1, если конечный автомат 200 апертуры является конечным автоматом 128b передающей апертуры. Стек 202 прямого доступа к памяти для управления апертурой и контроля ее состояния может включать в себя пространство 204 прямого доступа к памяти для записи на мозаичные элементы, пространство 206 прямого доступа к памяти для компенсационных таблиц мозаичных элементов и пространство 208 прямого доступа к памяти для считывания мозаичных элементов. Пространство 204 прямого доступа к памяти для записи на мозаичные элементы может включать в себя и данные прямой записи и выдачи команд в подрешетку РЧ мозаичных элементов для управления работой конкретной подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов, связанной с конечным автоматом 200 апертуры. Пространство 206 прямого доступа к памяти для компенсационных таблиц мозаичных элементов может включать в себя данные для использования при определении значений фазовой компенсации или фазовой задержки для РЧ элементов 112 данной конкретной подрешетки 104 РЧ элементов, связанной с конечным автоматом 200 апертуры, аналогично описанному в настоящем документе со ссылкой на ФИГ. 7. Пространство 208 прямого доступа к памяти для считывания мозаичного элемента может включать в себя данные от указанной конкретной подрешетки 104 РЧ элементов, связанной с конечным автоматом 200 апертуры.

[0028] Конечный автомат 200 апертуры может включать в себя компенсационную таблицу 210 для РЧ элементов, которая может принимать информацию от блока 126 управления антенной для использования при определении решения по управлению или отслеживанию и для определения данных о фазовой компенсации РЧ элемента на основе этой информации. Компенсационная таблица 210 для РЧ элементов может принимать данные или информацию в пространство 206 прямого доступа к памяти для компенсационных таблиц мозаичных элементов, причем пространство 206 содержится в стеке 202 прямого доступа к памяти для управления апертурой и контроля ее состояния. Данные или информация в пространстве 206 прямого доступа к памяти для компенсационных таблиц мозаичных элементов могут быть использованы компенсационной таблицей 210 для РЧ элементов, чтобы определить значения фазовой компенсации для конкретных РЧ элементов 112 подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов, связанной с конечным автоматом 200 апертуры, для управления передаваемыми радиолучами 116a-116n или для отслеживания принимаемых радиолучей 114а-114n.

[0029] Компенсационная таблица 210 для РЧ элементов компенсирует разности задержек (фаз) между интерфейсом каждого РЧ элемента 112 для электромагнитной волны или РЧ сигнала, принятых или переданных в свободном пространстве, относительно точки в РЧ схеме подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов, в которой объединяются РЧ сигналы от всех РЧ элементов 112. В частности, компенсационная таблица 210 для РЧ элементов может быть названа таблицей фазовой компенсации. Содержимое компенсационной таблицы 210 или таблицы фазовой компенсации может быть уникальным для каждой изготовленной подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов вследствие обычных изменений процесса производства схемной платы данной конкретной подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов и РЧ специализированной интегральной схемы 118, установленной в данной конкретной подрешетке 104 РЧ мозаичных элементов. Указанное приводит к необходимости хранить эти уникальные данные компенсации/калибровки в энергонезависимой (non-volatile) памяти (устройстве 422 для хранения конфигурации по ФИГ. 4) для каждой подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов во время заводских испытаний/калибровки, поэтому во время работы уникальные данные компенсации/калибровки могут быть вызваны и использованы для вычисления фазы в антенном контроллере 124. В этой же энергонезависимой памяти могут содержаться другие таблицы уникальных компенсаций, включая, помимо прочего, установочные данные аттенюатора и установочные данные смещения для внутренних усилителей в элементе РЧ специализированной интегральной схемы 118.

[0030] Конечный автомат 200 апертуры также может включать в себя вычислительный конвейер 212 для вычисления истинной временной задержки (TTD) и фазы для получения многолучевой диаграммы направленности мозаичного элемента. Вычислительный конвейер 212 может принимать компенсационные данные РЧ элемента из компенсационной таблицы 210 для РЧ элементов и информацию 214 об ориентации лучей от блока 126 управления антенной. Вычислительный конвейер 212 может определять значение сдвига фазы для каждого РЧ элемента 112 подрешетки 104 РЧ элементов, связанной с конечным автоматом 200 апертуры, на основе информации о компенсации РЧ элемента из компенсационной таблицы 210 для РЧ элементов и информации 214 об ориентации лучей. Вычислительный конвейер 212 может использовать способы вычисления фазы, аналогичные описанным в патенте US 6,606,056, озаглавленном "Контроллер управления лучом для фазированной антенной решетки с криволинейной поверхностью" (Beam Steering Controller for a Curved Surface Phased Array Antenna) и уступленном правопреемнику, который является правопреемником по настоящей заявке. Этот приведенный в качестве примера способ, который может быть использован вычислительным конвейером 212, более подробно будет описан со ссылкой на ФИГ. 6. Указанный способ может быть повторен для каждого луча в многолучевом приложении. Вычислительный конвейер 212 может быть расширен на любое количество подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов и любое практическое количество РЧ элементов 112 из расчета на подрешетку 104 РЧ мозаичных элементов. Поскольку информацию о фазе каждой подрешетки РЧ мозаичных элементов обрабатывают одновременно, время обработки увеличивается только с числом РЧ элементов 112 из расчета на подрешетку 104 РЧ мозаичных элементов. РЧ элементы 112 в количестве до 128 штук на подрешетку 104 РЧ мозаичных элементов могут быть обработаны с номинальным временем обновления луча в две миллисекунды. Антенный контроллер 124 и РЧ подрешетки 104 выполнены с возможностью обеспечения обновлений радиолуча с временем цикла приблизительно две миллисекунды или менее и с возможностью обеспечения рабочих характеристик при управлении радиолучом или отслеживании радиолуча для угловых скоростей транспортных средств, больше чем приблизительно 60 градусов в секунду.

[0031] Конечный автомат 200 апертуры дополнительно может включать в себя интерфейс 216 физического уровня (PHY) мозаичного элемента. Интерфейс 216 физического уровня мозаичного элемента может функционально соединять вычислительный конвейер 212 с соответствующей шиной 130 для РЧ мозаичных элементов. Интерфейс 216 физического уровня мозаичного элемента может преобразовывать данные управления в подходящий электрический волновой сигнал для передачи в подрешетку 104 РЧ мозаичных элементов по шине 130 для РЧ мозаичных элементов, которая связана с конечным автоматом 200 апертуры и которая функционально соединена с конечным автоматом 200 апертуры соответствующей шиной 130 для РЧ мозаичных элементов. Примером подходящего электрического волнового сигнала может быть электрический волновой сигнал, совместимый с техническим стандартом RS-422/485 TIA/EIA (Telecommunications Industry Association/Electronics Industries Alliance), стандартом низковольтной дифференциальной передачи сигналов (LVDS) или техническим стандартом 644 TIA/EIA, сетью Ethernet (технический стандарт IEEE-802.3хххх Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) или другим способом передачи данных, подходящим для физических носителей и расстояний.

[0032] Конечный автомат 200 апертуры дополнительно может включать в себя модуль 218 прямой записи и выдачи команд в мозаичные элементы. Модуль 218 прямой записи и выдачи команд в мозаичные элементы может принимать от блока 126 управления антенной данные или информацию в пространство 204 прямого доступа к памяти, обеспечивающее запись для мозаичных элементов и содержащееся в стеке 202 прямого доступа к памяти, для управления апертурой и контроля ее состояния. Модуль 218 прямой записи и выдачи команд в мозаичные элементы может быть соединен с интерфейсом 216 физического уровня мозаичного элемента для отправки команд, выдаваемых в мозаичные элементы, и записи информации в подрешетку 104 РЧ мозаичных элементов, связанную с конечным автоматом 200 апертуры, через соответствующую шину 130 для РЧ мозаичных элементов.

[0033] Конечный автомат 200 апертуры также может включать в себя модуль 220 обратного считывания и состояния мозаичного элемента для приема информации об обратном считывании и состоянии от подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов, связанной с конечным автоматом 200 апертуры. Информация об обратном считывании и состоянии может быть принята от подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов посредством интерфейса 216 физического уровня мозаичного элемента по соответствующей шине 130 для РЧ мозаичных элементов. Информация об обратном считывании и состоянии мозаичного элемента может быть отправлена модулем 220 обратного считывания и состояния мозаичного элемента в блок 126 управления антенной с использованием пространства 208 прямого доступа к памяти, обеспечивающего считывания для мозаичных элементов и содержащегося в стеке 202 прямого доступа к памяти, для управления апертурой и контроля ее состояния. Конечный автомат 200 апертуры и соответствующая шина 130 для РЧ мозаичных элементов обеспечивают прямой доступ к памяти от блока 126 управления антенной к подрешетке 104 РЧ мозаичных элементов, которая функционально соединена с конечным автоматом 200 апертуры соответствующей шиной 130 для РЧ мозаичных элементов.

[0034] Конечные автоматы 200 апертуры могут быть реализованы в виде конфигурируемого логического устройства или конфигурируемых логических устройств, таких как, например, программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA).

[0035] На ФИГ. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая пример соединителя 300 для мозаичных элементов подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов, в соответствии с примером настоящего изобретения. Соединитель 300 для мозаичных элементов может включать в себя соединение 302 шины для РЧ мозаичных элементов для соединения шиной 130 для РЧ мозаичных элементов. Указанный соединитель шины для РЧ мозаичных элементов может включать в себя два порта или контакта: порт 304 или контакт ввода/вывода данных для мозаичных элементов и порт 306 или контакт входных синхроимпульсов для мозаичных элементов. Порт 304 ввода/вывода данных для мозаичных элементов может быть функционально соединен со специализированной интегральной схемой 120 управления мозаичными элементами посредством линии 308 ввода/вывода данных для мозаичных элементов (TILE DATA I/O). Порт 306 входных синхроимпульсов для мозаичных элементов может быть функционально соединен со специализированной интегральной схемой 120 управления мозаичными элементами линией 310 синхроимпульсов для мозаичных элементов (TILE CLK). Как описано ранее, шина 130 для РЧ мозаичных элементов может быть полудуплексной синхронной последовательной шиной.

[0036] Соединитель 300 для мозаичных элементов также может включать в себя порт 312 для РЧ сигналов или контакт для передачи и приема РЧ сигналов между подрешеткой 104 РЧ мозаичных элементов и приемопередатчиком 314. Помехи, наведенные РЧ сигналами, могут быть минимизированы в соединителе 300 для мозаичных элементов с помощью уравновешенных разностных электрических сигналов. Например, для минимизации наведенных помех может быть использован стандарт LVDS или технический стандарт TIA/EIA 644, или аналогичный стандарт передачи данных. Соединитель 300 для мозаичных элементов может дополнительно включать в себя порт 316 или контакт возврата и питания для РЧ мозаичных элементов для обеспечения подачи электрического питания в подрешетку 104 РЧ мозаичных элементов из модуля 318 возврата и питания для РЧ мозаичных элементов. Соответственно, электрические соединения с каждой подрешеткой 104 РЧ мозаичных элементов могут быть ограничены до четырех портов или контактов. Все данные состояния и управления для подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов могут проходить через соединитель 300 для мозаичных элементов. Поскольку соединитель 300 для мозаичных элементов имеет только четыре контакта или порта, соединитель 300 для мозаичных элементов может быть выполнен очень компактным, что обеспечивает возможность его размещения в месте, оптимальном для обеспечения возможности соединения для РЧ сигналов для каждой подрешетки из указанного множества подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов. Например, соединитель 300 для мозаичных элементов может быть размещен в различных местах на подрешетке 104 РЧ мозаичных элементов или по периметру подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов для различных подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов для обеспечения оптимальной возможности соединения и прокладки проводки для РЧ сигналов.

[0037] На ФИГ. 4 показана блок-схема примера подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов в соответствии с примером настоящего изобретения. Как описано ранее, подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов может включать в себя интегральную схему управления мозаичными элементами или специализированную интегральную схему 120 управления мозаичными элементами. Линия 308 вода/вывода данных для мозаичных элементов (Tile Data I/O) соединяет специализированную интегральную схему 120 управления мозаичными элементами с соответствующей шиной 130 для РЧ мозаичных элементов через соединитель 300 для мозаичных элементов (ФИГ. 3). Линия 310 синхроимпульсов для мозаичных элементов (TILE CLK) также соединяет специализированную интегральную схему 120 управления мозаичными элементами с шиной 130 для РЧ мозаичных элементов через соединитель 300 для мозаичных элементов. Специализированная интегральная схема 120 управления мозаичными элементами может быть выполнена с возможностью индивидуального управления множеством РЧ элементов 112 (ФИГ. 1) при приеме данных от антенного контроллера 124 по шине 130 для РЧ мозаичных элементов.

[0038] Подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов также может включать в себя множество РЧ интегральных схем или РЧ специализированных интегральных схем 118. Каждая РЧ специализированная интегральная схема 118 может быть функционально соединена с одним, двумя или четырьмя РЧ элементами 112 (ФИГ. 1) для управления работой функционально соединенного РЧ элемента или соединенных элементов 112.

[0039] Каждая подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов может иметь заданную форму. Например, каждая подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов может иметь по существу квадратную или прямоугольную форму, как показано на примере подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов по ФИГ. 4. Однако подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов может не быть идеально квадратной или прямоугольной и может иметь иные геометрические формы, например, треугольную, шестиугольную, ромбовидную и т.д., в зависимости от применения или предназначения системы 100 фазированной антенной решетки. Указанное множество РЧ специализированных интегральных схем 118 может быть расположено в квадрантах 412 на подрешетке 104 РЧ мозаичных элементов, аналогично описанному на примере по ФИГ. 4. Каждый квадрант 412 РЧ специализированных интегральных схем 118 может быть функционально соединен со специализированной интегральной схемой 120 управления мозаичными элементами матрицей 414 последовательной шины данных и синхронизации, которая может ограничивать количество соединительных контактов на каждой РЧ специализированной интегральной схеме 118 до четырех. Каждая матрица 414 последовательной шины данных и синхронизации может включать в себя две линии (CLK #А и CLK #В) 418а, 418b синхронизации. Подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов может включать в себя по меньшей мере одну схему 416 истинной временной задержки (TTD) для каждого радиолуча 114, 116 для управления фазовой задержкой всей подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов. Схема 416 истинной временной задержки используется для увеличения полосы пропускания РЧ апертуры 106 (ФИГ. 1). Одна схема 416 истинной временной задержки может быть использована из расчета на радиолуч 114, 116 на подрешетку 104 РЧ мозаичных элементов.

[0040] Выборочное обращение к РЧ специализированным интегральным схемам 118 и схеме 416 или схемам 416 истинной временной задержки может быть осуществлено посредством двух линий 418а и 418b синхронизации и множества линий 420 данных каждой матрицы 414 последовательной шины данных и синхронизации. Линии 418а и 418b синхронизации могут быть соединены последовательно с каждой РЧ специализированной интегральной схемой 118 и схемой 416 истинной временной задержки, при наличии, каждого квадранта 412. В примере по ФИГ. 4 каждая линия 420 данных может соединять последовательно две РЧ специализированные интегральные схемы 118. В других примерах более двух РЧ специализированных интегральных схем 118 могут быть соединены последовательно, что требует дополнительных линий синхронизации для каждой дополнительной РЧ специализированной интегральной схемы 118. РЧ специализированные интегральные схемы 118 и схема 416 истинной временной задержки, при наличии, в квадранте 412 могут быть соединены в качестве подчиненных компонентов, работающих через общую линию связи, со специализированной интегральной схемой 120 управления мозаичными элементами в качестве главного компонента.

[0041] Подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов также может включать в себя устройство 422 для хранения конфигурации. Устройство 422 для хранения конфигурации может быть устройством любого типа для хранения данных или памяти. Устройство 422 для хранения конфигурации может хранить данные, содержащие информацию о калибровке и конфигурации, которая может быть уникальной для данной конкретной подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов. Множество РЧ элементов 112 конкретной подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов может быть откалибровано по фазе друг с другом во время первоначального изготовления для поддержки взаимосвязанной работы лучей во время работы системы 100 фазированной антенной решетки. Уникальные данные калибровки и компенсации фазы для каждого РЧ мозаичного элемента 112 данной конкретной подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов могут храниться в устройстве 422 для хранения конфигурации. Это позволяет проводить ремонт или замену подрешетки 104 РЧ мозаичных элементов без повторной калибровки всей системы 100 фазированной антенной решетки. Кроме того, данные калибровки и компенсации фазы РЧ элементов могут быть загружены в антенный контроллер 124 (ФИГ. 1) и использованы при вычислениях фазы для формирования луча.

[0042] Соответственно, подрешетка 104 РЧ мозаичных элементов является подрешеткой 104 РЧ элементов, встроенной в отдельный узел, содержащий минимальное количество решений, обеспечивающих управление и контроль состояния, при этом подрешетка 104 опирается при работе на антенный контроллер 124 (ФИГ. 1) для обработки данных о фазе РЧ элемента 112. Фазовая обработка РЧ элемента 112 представляет собой функцию управления антенной, реализуемую в антенном контроллере 124, и описана в настоящем документе со ссылкой на ФИГ. 6. Архитектура 102 антенны, обеспечивающая управление и мониторинг и описанная в настоящем документе, является расширяемой фактически до любого практического количества подрешеток 104 РЧ мозаичных элементов, сохраняя при этом малые затраты на реализацию.

[0043] На ФИГ. 5 показано изображение примера протокола 500 приоритета доступа к данным РЧ специализированных интегральных схем в соответствии с примером настоящего изобретения. Каждая РЧ специализированная интегральная схема 118 (ФИГ. 4) может использовать трехуровневый протокол 502 доступа к данным для определения приоритетов доступа к данным для каждого РЧ элемента 112 (ФИГ. 1). Первый уровень приоритета 504 доступа к данным зарезервирован для наиболее приоритетных данных. Примеры наиболее приоритетных данных могут включать в себя, помимо прочего, фазу луча, нагрузку истинной временной задержки и аналогичные данные для управления работой и/или для отслеживания РЧ элемента 112 или управления РЧ элементом 112, доступ к которому может быть осуществлен во время каждого цикла обновления луча. Второй уровень приоритета 506 доступа к данным или промежуточный уровень приоритета доступа к данным может обеспечивать доступ к данным промежуточного уровня. Примеры данных промежуточного уровня могут включать в себя, помимо прочего, наиболее часто используемые данные о состоянии, параметры конфигурации однократной нагрузки или аналогичные данные. Третий уровень приоритета 508 доступа к данным или нижний уровень приоритета доступа к данным может обеспечивать доступ к информации о состоянии удаленного или медленного устройства, что может потребовать несколько доступов для извлечения. Второй и третий уровень приоритета доступа к данным 506 и 508 могут перемежаться в течение нескольких циклов обновления радиолуча. Соответственно, данные высшего уровня приоритета, имеющие первый уровень приоритета доступа к данным 504, могут быть переданы или доступ к ним может быть осуществлен без вмешательства со стороны данных второго и третьего уровня приоритета доступа к данным 506 и 508. Эта схема многоуровневого доступа эффективно обеспечивает возможность соединения РЧ элементов с антенным контроллером 124 и обеспечивает более высокий статус для обнаружения и изолирования неисправностей по сравнению с существующими системами фазированной антенной решетки.

[0044] На ФИГ. 6 показана структурная схема примера способа 600 определения сдвига фазы для каждого РЧ элемента для управления радиолучом или для отслеживания радиолуча в соответствии с примером настоящего изобретения. Способ 600 аналогичен вычислению фазы, описанному в патенте US 6,606,056, и может быть реализован и осуществлен посредством вычислительного конвейера 212 по ФИГ. 2. Способ 600 может быть воспроизведен для каждого радиолуча 114/116, используемого в многолучевом решении, например, в виде системы 100 фазированной антенной решетки. В блоке 602 может быть принята информация об ориентации радиолучей и информация о фазовой компенсации РЧ элемента. Аналогично тому, что описано выше, информация об ориентации радиолучей и информация о компенсации РЧ элемента может быть принята от блока 126 управления антенной посредством вычислительного конвейера 212 по ФИГ. 2. Информация об ориентации радиолучей может быть представлена в сферических координатах, где тэта (θ) - угол возвышения, а фи (φ) - азимутальный угол.

[0045] В блоке 604 значения dx, dy и dz сдвига длины волны могут быть определены исходя из информации об ориентации лучей. Каждое значение dx, dy и dz сдвига длины волны может соответствовать доле сдвига длины волны на смещение длины волны вдоль соответствующих осей X, Y и Z антенной апертуры фазированной антенной решетки на основе информации об ориентации лучей. Значения могут быть представлены в соответствии со следующими уравнениями:

[0046] В блоке 606 может быть определено значение задержки для каждого РЧ элемента подрешетки РЧ мозаичных элементов. Значение задержки для каждого РЧ элемента может быть определено согласно уравнению 4:

ΔХ, ΔY и ΔZ являются смещениями X, Y и Z (в длинах волн) каждого РЧ элемента 112 от заданного центра антенной апертуры. "Задержка_элемента" является подписанной задержкой, представленной в длинах волн в виде дополнения до двух и необходимой для сигнала от данного РЧ элемента относительно заданного центра фазированной антенной решетки, чтобы выполнить синфазное суммирование с сигналами от других РЧ элементов решетки.

[0047] В блоке 608 может быть определено фактическое значение фазового сдвига, применяемое для каждого РЧ элемента. Фактическое значение фазового сдвига, применяемое для каждого РЧ элемента, может быть определено согласно уравнению 5:

[0048] где N - количество битов, используемых для управления фазовращателем, чтобы получить 2^N фазовых состояний. "Сдвиг фазы элемента" может быть фактическим значением фазового сдвига по модулю 1 длины волны, загруженным в каждый РЧ элемент. Значение "Сдвига фазы элемента" может быть усечено таким образом, что сохраняются только N битов справа от двоичной точки. Это может обеспечить точность 2^-N (т.е. 1/2N) в отношении длин волны для фактических значений фазового сдвига.

[0049] В блоке 610 данные фазового сдвига могут быть отправлены на подрешетку РЧ мозаичных элементов для применения к конкретным РЧ элементам.

[0050] На ФИГ. 7 показана структурная схема примера способа 700 управления системой фазированной антенной решетки и мониторинга такой системы в соответствии с примером настоящего изобретения. Способ 700 может быть реализован и осуществлен посредством системы 100 фазированной антенной решетки по ФИГ. 1. В блоке 702 могут быть приняты данные для использования при управлении радиолучом или при отслеживании радиолуча. Данные могут быть приняты антенным контроллером аналогично антенному контроллеру 124 по ФИГ. 1. Как описано ранее, примеры данных могут включать в себя, помимо прочего, географическое положение транспортного средства, например информацию системы глобального позиционирования (GPS), информацию о состоянии антенны, навигационную информацию, такую как скорость транспортного средства, направление курса, скорости углового движения транспортного средства или другую информацию о пространственном положении и состоянии транспортного средства, данные о состоянии неисправности РЧ элементов, данные об изоляции РЧ элементов, а также любую другую информацию, которая может оказаться полезной для управления радиолучом или радиолучами, такими как радиолучи 114-116 по ФИГ. 1, или для их отслеживания.

[0051] В блоке 704 данные могут быть подвергнуты одновременной и раздельной обработке для предоставления уникальных данных управления в каждую подрешетку РЧ мозаичных элементов из множества подрешеток РЧ мозаичных элементов. Аналогично описанному ранее, каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов может включать в себя множество РЧ элементов, и каждый РЧ элемент может быть выполнен с возможностью раздельного управления для управления радиолучом, создаваемым РЧ элементом или принимаемым РЧ элементом, на основе уникальных данных управления или отслеживания такого радиолуча.

[0052] В блоке 706 каждые уникальные данные управления могут быть переданы в соответствующую подрешетку РЧ мозаичных элементов по одной шине из множества шин для РЧ мозаичных элементов. В блоке 708 уникальные данные управления могут быть обработаны интегральной схемой управления мозаичными элементами или специализированной интегральной схемой подрешетки РЧ мозаичных элементов для обеспечения информации индивидуального управления, соответствующей каждому РЧ элементу подрешетки РЧ мозаичных элементов.

[0053] В блоке 710 информация индивидуального управления может быть передана в РЧ интегральную схему или РЧ специализированную интегральную схему, связанную с каждым РЧ элементом. РЧ специализированная интегральная схема может использовать информацию индивидуального управления для управления соответствующим РЧ элементом, чтобы управлять радиолучом или отслеживать радиолуч.

[0054] На ФИГ. 8 показана блок-схема транспортного средства 800, включающая в себя систему 802 фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения. Система 802 фазированной антенной решетки может быть сходной с системой 100 фазированной антенной решетки, описанной со ссылкой на ФИГ. 1.

[0055] С системой 802 фазированной антенной решетки может быть функционально соединен приемопередатчик 804, который может быть выполнен с возможностью передачи и приема РЧ сигналов с использованием системы 802 фазированной антенной решетки. Приемопередатчик 804 может включать в себя передатчик 806 для передачи РЧ сигналов с использованием системы 802 фазированной антенной решетки и приемник 808 для приема РЧ сигналов с использованием системы 802 фазированной антенной решетки.

[0056] Приемопередатчик 804 также может включать в себя модуль 810 управления направлением антенны или контроллер, выполненный с возможностью управления радиолучами или отслеживания радиолучей, несущих РЧ сигналы, передаваемые или принимаемые системой 802 фазированной антенной решетки.

[0057] С приемопередатчиком 804 также может быть функционально соединен пользовательский интерфейс 812 для управления работой приемопередатчика 804.

[0058] Технологическая схема и блок-схемы на чертежах иллюстрируют архитектуру, функциональность и работу возможных вариантов реализации систем, способов и компьютерных программных продуктов согласно различным примерам настоящего изобретения. В этом отношении, каждый блок в технологической схеме и блок-схемах может представлять собой модуль, сегмент или часть инструкций, который или которая содержит одну или более исполняемых инструкций для осуществления конкретной логической функции (конкретных логических функций). В некоторых альтернативных вариантах реализации функции, отмеченные в блоке, могут выполняться в другом порядке, чем порядок, показанный на фигурах чертежей. Например, два блока, показанные последовательно, на самом деле могут быть выполнены по существу одновременно, или блоки иногда могут быть выполнены в обратном порядке, в зависимости от необходимой функциональности. Следует также отметить, что каждый блок проиллюстрированных блок-схем и/или технологической схемы и комбинации блоков в иллюстрации блок-схем и/или технологической схемы, может быть реализован посредством систем специального назначения на основе аппаратных средств, которые выполняют конкретные функции или действия, или может осуществлять комбинации аппаратных средств специального назначения и компьютерных инструкций.

[0059] Терминология, использованная в настоящем документе, служит только в целях описания конкретных примеров и не предназначена для ограничения примеров настоящего изобретения. При использовании в настоящем в настоящем документе формы единственного числа артиклей "a", "an" и "the" предназначены для включения в себя также и форм множественного числа, если из контекста явно не следует иное. Также следует понимать, что выражения "содержит" и/или "содержащий", при использовании в настоящем документе, указывают на наличие указанных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают присутствия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

[0060] Соответствующие конструкции, материалы, действия и эквиваленты всех средств или элементов типа "этап плюс функция" в формуле изобретения предназначены, чтобы включать в себя любую конструкцию, материал или действие для выполнения функции в комбинации с другими представленными в формуле элементами, как положительным образом заявлено в формуле изобретения. Описание настоящего изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания, но не является исчерпывающим и не предназначено для ограничения примерами представленного изобретения в раскрытой форме. Специалистам в данной области техники могут быть очевидны модификации и варианты без отхода от объема и идей примеров представленного изобретения. Пример был выбран для описания в целях наилучшего объяснения принципов примеров представленного изобретения и конкретного применения, и обеспечивает возможность специалистам в данной области техники понять примеры представленного изобретения для различных примеров с различными модификациями, которые подходят для рассмотренного конкретного применения.

[0061] Хотя в настоящем документе были описаны и проиллюстрированы конкретные примеры, специалистам в данной области техники будет понятно, что любое расположение, которое рассчитывается для достижения той же цели, может быть заменено для конкретных показанных примеров, и что примеры изобретения имеют другие применения в других средах. Настоящая заявка предназначена для охвата любых изменений или вариантов настоящего изобретения. Последующая формула изобретения не предназначена для ограничения объема примеров настоящего изобретения конкретными примерами, описанными в настоящем документе.

1. Система (100) фазированной антенной решетки, содержащая:

- множество подрешеток (104) радиочастотных (РЧ) мозаичных элементов, расположенных в определенном порядке с образованием РЧ-апертуры (106),

при этом каждая подрешетка (104) РЧ мозаичных элементов содержит множество РЧ-элементов (112), каждый из которых выполнен с возможностью раздельного управления для управления радиолучом (114, 116), создаваемым РЧ-элементом (112), или для отслеживания радиолуча (114, 116), принимаемого РЧ-элементом (112), и каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов дополнительно содержит интегральную схему управления мозаичными элементами, множество РЧ интегральных схем и устройство для хранения конфигурации, соединенное с интегральной схемой управления мозаичными элементами,

причем устройство для хранения конфигурации хранит данные, содержащие информацию о калибровке и конфигурации, которая является уникальной для каждой подрешетки РЧ мозаичных элементов, и интегральная схема управления мозаичными элементами, указанное множество РЧ интегральных схем, указанное множество РЧ-элементов и устройство для хранения конфигурации расположены на одной соответствующей подрешетке РЧ мозаичных элементов;

- антенный контроллер (124), выполненный с возможностью обработки данных, для управления одним или более радиолучами или для отслеживания одного или более радиолучей посредством указанного множества РЧ-элементов,

при этом антенный контроллер содержит множество конечных автоматов (128a, 128b) апертуры и

конечный автомат апертуры связан с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов для управления работой соответствующей подрешетки РЧ мозаичных элементов, причем конечный автомат апертуры, связанный с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов, содержит компенсационную таблицу для РЧ-элементов, и обеспечена возможность загрузки информации о калибровке и конфигурации, которая является уникальной для каждой подрешетки РЧ мозаичных элементов, из устройства для хранения конфигурации посредством интегральной схемы управления мозаичными элементами в компенсационную таблицу для РЧ-элементов; и

- множество шин (130) для РЧ мозаичных элементов,

причем одна шина для РЧ мозаичных элементов функционально соединяет каждый конечный автомат (128a, 128b) апертуры с соответствующей подрешеткой (104) РЧ мозаичных элементов.

2. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 1, в которой антенный контроллер (124) дополнительно содержит блок (126) управления антенной, выполненный с возможностью приема данных для управления одним или более радиолучами (114, 116) или для отслеживания одного или более радиолучей и с возможностью передачи данных состояния и управления и информации об ориентации лучей на один из конечных автоматов (128a, 128b) апертуры при выборе РЧ-элементов (112) подрешетки (104) РЧ мозаичных элементов, связанной с указанным одним конечным автоматом (128a, 128b) апертуры, для использования при управлении указанными одним или более радиолучами (114, 116) или при отслеживании указанных одного или более радиолучей.

3. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 2, в которой каждый конечный автомат (128, 200) апертуры выполнен с возможностью обработки данных о фазе РЧ-элемента для соответствующей подрешетки РЧ мозаичных элементов с использованием информации (214) об ориентации лучей и данных (602) о фазовой компенсации РЧ-элемента, причем

данные о фазе РЧ-элемента обеспечивают для соответствующей подрешетки РЧ мозаичных элементов возможность управления указанными одним или более радиолучами или их отслеживания, а

указанное множество конечных автоматов апертуры обеспечивает одновременную обработку данных о фазе подрешетки РЧ мозаичных элементов исходя из решения по управлению или отслеживанию для загрузки данных о фазе РЧ-элемента в соответствующие подрешетки РЧ мозаичных элементов.

4. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 2, в которой каждый конечный автомат (128, 200) апертуры содержит:

- компенсационную таблицу (210) для РЧ=элементов, выполненную с возможностью приема информации от блока (126) управления антенной для использования при определении решения по управлению или отслеживанию и выполненную с возможностью определения компенсационных данных РЧ-элемента на основе этой информации;

- конвейер (212) для вычисления истинной временной задержки и фазы для получения многолучевой диаграммы направленности мозаичного элемента, выполненный с возможностью приема компенсационных данных РЧ-элемента из компенсационной таблицы для РЧ-элементов и информации об ориентации лучей от блока управления антенной, причем

конвейер для вычисления истинной временной задержки и фазы для получения многолучевой диаграммы направленности мозаичного элемента выполнен с возможностью определения задержки для каждого РЧ-элемента соответствующей подрешетки РЧ-элементов на основе информации о компенсации РЧ-элемента и информации об ориентации лучей; и

- интерфейс (216) физического уровня (PHY) мозаичного элемента, соединяющий конвейер для вычисления истинной временной задержки и фазы для получения многолучевой диаграммы направленности мозаичного элемента с соответствующей шиной для РЧ мозаичных элементов.

5. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 4, в которой каждый конечный автомат (128, 200) апертуры дополнительно содержит:

- модуль (218) прямой записи и выдачи команд в мозаичные элементы, выполненный с возможностью приема от блока (126) управления антенной команд для мозаичных элементов и записи информации в пространство (204) прямого доступа к памяти для записи на мозаичные элементы,

при этом модуль прямой записи и выдачи команд в мозаичные элементы соединен с интерфейсом (216) физического уровня мозаичного элемента для отправки команд для мозаичных элементов и записи информации в соответствующую подрешетку (104) РЧ мозаичных элементов через соответствующую шину (130) для РЧ мозаичных элементов; и

- модуль (220) обратного считывания и состояния мозаичного элемента для приема информации об обратном считывании и состоянии от соответствующей подрешетки (104) РЧ мозаичных элементов через соответствующую шину (130) для РЧ мозаичных элементов,

причем модуль (220) обратного считывания и состояния мозаичного элемента соединен с интерфейсом (216) физического уровня мозаичного элемента.

6. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 1, в которой конечный автомат (128, 200) апертуры и соответствующая шина для РЧ мозаичных элементов обеспечивают прямой доступ к памяти от блока управления антенной антенного контроллера к соответствующей подрешетке РЧ мозаичных элементов.

7. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 1, в которой каждая подрешетка (104) РЧ мозаичных элементов содержит соединитель (300) для мозаичных элементов, содержащий:

- соединение (302) шины для РЧ мозаичных элементов, содержащее порт (304) ввода/вывода данных для мозаичных элементов и порт (306) входных синхроимпульсов для мозаичных элементов;

- порт (312) для РЧ-сигналов, выполненный с возможностью приема РЧ-сигналов от подрешетки РЧ мозаичных элементов и передачи РЧ-сигналов на подрешетку РЧ мозаичных элементов, и

- порт (316) возврата и питания для РЧ мозаичных элементов, выполненный с возможностью обеспечения подачи электрического питания в подрешетку РЧ мозаичных элементов.

8. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 7, в которой каждая подрешетка (104) РЧ мозаичных элементов дополнительно содержит:

- линию (308) ввода/вывода данных для мозаичных элементов, которая соединяет интегральную схему управления мозаичными элементами с соответствующей шиной (130) для РЧ мозаичных элементов через соединитель (300) для мозаичных элементов; и

- линию (310) синхроимпульсов для мозаичных элементов, которая соединяет интегральную схему (120) управления мозаичными элементами с шиной (130) для РЧ мозаичных элементов через соединитель (300) для мозаичных элементов,

причем интегральная схема (120) управления мозаичными элементами выполнена с возможностью индивидуального управления указанным множеством РЧ-элементов (112) при приеме данных от антенного контроллера (124) по шине (130) для РЧ мозаичных элементов.

9. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 8, в которой каждая РЧ интегральная схема (118) функционально соединена с одним, двумя или четырьмя РЧ-элементами (112) для управления работой функционально подсоединенного РЧ-элемента или функционально подсоединенных РЧ-элементов (112).

10. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 9, в которой каждая подрешетка (104) РЧ мозаичных элементов имеет заданную форму, а

указанное множество РЧ интегральных схем (118) расположено в квадрантах (412) на подрешетке (104) РЧ мозаичных элементов, и

каждый квадрант РЧ интегральных схем функционально соединен с интегральной схемой управления мозаичными элементами посредством матрицы (414) последовательной шины данных и синхронизации, которая ограничивает количество соединительных контактов на каждой РЧ интегральной схеме до четырех.

11. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 10, в которой каждая подрешетка (104) РЧ мозаичных элементов содержит по меньшей мере одну схему (416) истинной временной задержки на радиолуч (114, 116).

12. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 11, в которой РЧ интегральные схемы (118) и схема (416) истинной временной задержки соединены в качестве подчиненных компонентов, работающих через общую линию связи, со специализированной интегральной схемой управления мозаичными элементами в качестве главного компонента.

13. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 1, в которой

указанное множество РЧ-элементов (112) конкретной подрешетки (104) РЧ мозаичных элементов откалибровано по фазе друг с другом для поддержки взаимосвязанной работы лучей, а

информация о калибровке и конфигурации, сохраненная в устройстве (422) для хранения конфигурации, обеспечивает возможность замены подрешетки РЧ мозаичных элементов без повторной калибровки системы (100) фазированной антенной решетки.

14. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 1, в которой антенный контроллер (124) и РЧ-подрешетки (104) выполнены с возможностью обеспечения обновлений радиолуча с временем цикла приблизительно 2 миллисекунды или менее и возможностью обеспечения рабочих характеристик при управлении радиолучом или отслеживании радиолуча для угловых скоростей транспортных средств больше чем приблизительно 60 градусов в секунду.

15. Система (100) фазированной антенной решетки, содержащая:

- множество подрешеток (104) радиочастотных (РЧ) мозаичных элементов, расположенных в определенном порядке с образованием РЧ-апертуры (106), при этом каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов содержит:

множество РЧ-элементов (112), каждый из которых выполнен с возможностью раздельного управления для управления радиолучом или для отслеживания радиолуча;

причем каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов дополнительно содержит:

устройство (422) для хранения конфигурации, которое хранит данные, содержащие информацию о калибровке и конфигурации, которая является уникальной для каждой подрешетки РЧ мозаичных элементов;

множество РЧ интегральных схем;

интегральную схему (120) управления мозаичными элементами, выполненную с возможностью индивидуального управления указанным множеством РЧ-элементов (112);

матрицу (414) последовательной шины данных и синхронизации, функционально соединяющую указанное множество РЧ интегральных схем с интегральной схемой управления мозаичными элементами, причем интегральная схема управления мозаичными элементами, указанное множество РЧ интегральных схем, указанное множество РЧ-элементов и устройство для хранения конфигурации расположены на одной соответствующей подрешетке РЧ мозаичных элементов;

- антенный контроллер (124), выполненный с возможностью обработки данных, для управления одним или более радиолучами, создаваемыми указанным множеством РЧ-элементов, или для отслеживания одного или более радиолучей, принимаемых указанным множеством РЧ-элементов, причем антенный контроллер (124) содержит множество конечных автоматов (128a, 128b, 200) апертуры, при этом конечный автомат апертуры связан с каждой подрешеткой (104) РЧ мозаичных элементов для управления работой соответствующей подрешетки (104) РЧ мозаичных элементов, причем конечный автомат апертуры, связанный с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов, содержит компенсационную таблицу для РЧ-элементов, и обеспечена возможность загрузки информации о калибровке и конфигурации, которая является уникальной для каждой подрешетки РЧ мозаичных элементов, из устройства для хранения конфигурации посредством интегральной схемы управления мозаичными элементами в компенсационную таблицу для РЧ-элементов; и

- множество шин (130) для РЧ мозаичных элементов, причем одна шина (130) для РЧ мозаичных элементов связана с каждой подрешеткой (104) РЧ мозаичных элементов, которая функционально соединяет соответствующую подрешетку (104) РЧ мозаичных элементов с антенным контроллером (124).

16. Система (100) фазированной антенной решетки по п. 15, в которой одна шина (130) для РЧ мозаичных элементов функционально соединяет каждый конечный автомат (128a, 128b, 200) апертуры с соответствующей подрешеткой (104) РЧ мозаичных элементов.

17. Способ (700) управления системой фазированной антенной решетки и мониторинга такой системы, включающий:

- прием (702) данных для использования при управлении радиолучом или при отслеживании радиолуча;

- загрузку информации о калибровке и конфигурации из каждой подрешетки РЧ мозаичных элементов из множества подрешеток РЧ мозаичных элементов в компенсационную таблицу для РЧ-элементов соответствующего конечного автомата апертуры, связанного с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов, причем информация о калибровке и конфигурации является уникальной для каждой подрешетки РЧ мозаичных элементов, при этом информацию о калибровке и конфигурации загружают из устройства для хранения конфигурации на каждой подрешетке РЧ мозаичных элементов посредством интегральной схемы управления мозаичными элементами на каждой подрешетке РЧ мозаичных элементов в компенсационную таблицу для РЧ-элементов;

- одновременную и раздельную обработку (704) данных для предоставления уникальных данных управления в каждую подрешетку РЧ мозаичных элементов из множества подрешеток РЧ мозаичных элементов,

при этом каждая подрешетка РЧ мозаичных элементов содержит множество РЧ-элементов, множество РЧ интегральных схем, интегральную схему управления мозаичными элементами, причем указанное множество РЧ-элементов, указанное множество РЧ интегральных схем, интегральная схема управления мозаичными элементами и устройство для хранения конфигурации расположены на одной соответствующей подрешетке РЧ мозаичных элементов, при этом каждый РЧ-элемент выполнен с возможностью раздельного управления для управления радиолучом, создаваемым РЧ-элементом, или для отслеживания радиолуча, принимаемого РЧ-элементом, на основе уникальных данных управления, и

- передачу (706) каждых уникальных данных управления на соответствующую подрешетку РЧ мозаичных элементов по одной шине из множества шин для РЧ мозаичных элементов,

причем одна шина из указанного множества шин для РЧ мозаичных элементов связана с каждой подрешеткой РЧ мозаичных элементов из указанного множества подрешеток РЧ мозаичных элементов.

18. Способ по п. 17, также включающий:

- обработку (708) уникальных данных управления посредством интегральной схемы управления мозаичными элементами подрешетки РЧ мозаичных элементов для обеспечения информации индивидуального управления, соответствующей каждому РЧ элементу подрешетки РЧ мозаичных элементов и

- передачу (710) информации индивидуального управления на РЧ интегральную схему, связанную с каждым РЧ-элементом и использующую информацию индивидуального управления для управления соответствующим РЧ-элементом для управления радиолучом или для отслеживания радиолуча.