Способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными решетками

СОЮЗ СОР ГТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСРЕСПУБЛИК 9 5)5 0 01 Я 13/ ГО ОЕ ПАТЕНТНОЕСР(ГО О К ПРИЕМА (ПЕРЕДАЧИ) СИГЬЕКТА (К ОБЪЕКТУ) ДВУМЯ И РЕШЕТКАМИние относится к области расрадиосигналов в широком дистот, включая лазерное может быть использовано в еских радиолокационных сис(21) (22) (46) (75) (56) сеян транение и расднородных среьство С 28, 1984 строф из ке вича,ика. / Пер.Цель изобретения - уменьшение влия атмосферных фазовых ошибок,а ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 477743/635.07.887,02.93, Бюл. М 5(54) СПОСОБ НАЛА ОТ ОБ АНТЕННЫМ (57) Изобрете пространени апазоне ч излучение, и метеорологич темах,93398 А 11793398 30 35 40 Способ приема (передачи) сигнала от объекта (к обьекту) двумя антенными решетками заключается в измерении разности фаз принятых сигналов между соответствующими элементами антенных решеток, измерении автокорреляционных функций электрического сигнала, характеризующего разность фаз для каждой пары соответствующих элементов антенных решеток и определении интервалов корреляции т; ( номер пары) автокорреляционных функций и использовании для приема (передачи) сигнала 1-ой пары элементов антенной решетки; для которой выполняется условие С г 11, где- расстояние до объекта, С -скорость распространения сигнала,Изобретение относится к области распространения радиосигналов в широкомдиапазоне частот, включая лазерное излучение, например, в метеорологических радиолокационных системах,Известны способы приема (передачи)сигнала от объекта (к объекту) двумя антен ными решетками. Однако, эти способы необеспечивают оптимальной точности изме-рения (установки) разностй фаз при приеме(передаче) сигналов от объекта (к объекту)двумя антенными решетками из-за влиянияслучайных турбулентных атмосферныхфлуктуационных (тропосферных и ионосферных) ошибок.НаиГэлееблизким по технической сущности к данному изобретению является способ приема (передачи) сигнала от обьекта (кобъекту) двумя антенными решетками,включающий прием сигнала элементомкаждой антенной решетки и измерение разности фаз принятых сигналов между соответствующими элементами антенныхрешеток. Однако, этот способ (прототип)также не обеспечивает оптимальной точности измерения (установки) разности фаз приприеме (передаче) сигналов от объекта (кобъекту) двумя антенными решетками из-завлияния случайных турбулентных атмосфер н ых флуктуационн ых (тропосферн ых иионосфернйх) фазовых ошибок,Поэтому целью изобретения являетсяуменьшение влияния атмосферных фазовыхошибок.Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению предложенный способприема (передач) сигнала от объекта (к объекту) двумя антейными решетками, включающий прием сигнала элементом каждойантенной решетки и измерение разностифаз принятых сигналов между соответствуУстроиство содержит две аналогичныеантенные решетки 1 и 2, приемные фазометры 3, 4, корреляторы 5, 6, многоканальный самописец 7 (или цифропечатающее устройство) для регистрации функции автокорреляции фазовых флуктуаций принимаемых (передаваемых) от объекта (кобъекту) 8 сигналов, коммутатор 9, блок 10передатчиков,Уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок происходит за счет уменьшения времени(длины трассы) распространения или увеличения базы разнесения между элементами антенных решеток 1 и 2, 1 ил. ющими элементами антенных решеток отличается тем, что измеряют автокорреляционные функции электрического сигнала, характеризующего разность фаз каждой пары соответствующих элементов антенных решеток и определяют интервалы корреляции ц ( - номер пары) автокорреляционных функций и для приема (передачи) сигнала используют 1-ю пару элементов антенной решетки, для которой выполняется условиеС г) 1, где: . - расстояние до объекта, а С - скорость распространения сигнала Предложенный способ приема (передачи) сигнала от объекта (к обьекту) двумя антенными решетками обеспечивает уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок и повышение точности измерения(установки) разности фаз при приеме (передаче) сигналов от обьекта (к объекту) двумя антенными решетками,На чертеже дана функциональная схема интерферометрической системы (с двумя антенными решетками), реализующей предложенный способ приема (передачи) сигнала от обьекта (к объекту) двумя антенными решетками,Интерферометрическая система (фиг. 1) состоит, например, из двух аналогичных антенных решеток 1 и 2, каждая из которых имеет одинаковое число (и+1) элементов (О, 1, 21 Кп), При этом соответствующие, например, 1-тые, к-тые и т,д. пары элементов антенных решеток 1 и 2 объединены,образуя по отдельности 1-тый, 1-тый и т.д. интерферометр с соответствующей базой разнесения этих парных элементов. Между элементами каждой, например, -той, 1-той и т.д. пары включен приемный фазометр 3,и т.д, с подключенным к выходу соответстующим коррелятором 5, 6 и т.д, Выходы орреляторов 5, 6 и т,д. подсоединены к оответствующим входам многоканального амописца (или цифропечатающего устрой тва) 7 для регистрации функции автокорреяции Фазовых флуктуаций, принимаемых игналов от объекта (цели) 8. Для передачи игналов к обьекту 8 каждая пара элементов тая, Е-тая и т.д.через коммутатор 9 может одключаться к блоку передатчиков 10.Согласно изобретению предложенный пособ приема (передачи) сигнала от объека 8(к объекту 8) двумя антенными решетка- и 1 и 2, включающий прием сигнала 15 лементом каждойантенной решетки и изерение разности фаз (с помощью приемых Фазометров 3, 4 и т,д.) принятых игналов между соответствующими элеменами антенных решеток 1 и 2 отличается 20 ем, что измеряют (с помощью ксррелятоов 5, 6 и т,д,) автокорреляционные функции лектрического сигнала, характеризующего. азность Фаз для каждой пары, например, той, 1-той и т,д, соответствующих элемен овантенных решеток 1 и 2.Измеряемые автокорреляционныеункции атмосферных фазовых флуктуаий с помощью приемных фаэометров 3, 4 т,д. и корреляторов 5, 6 и т.д. определя т в виде корреляционных характеристик+ -1 2р(х) =т 10 Лр(т) Лр(т - х) с 335х) - реализации (вретмосферных фазовых яемых разностей фаз с фазометров 3, 4 и т.д.); лизаций (или интервал 40 рирования) фазовых еменной сдвиг между х корреляционной обкорреляторов 5, 6 и т,д, но (1) определяют велитмосферных фазовых т 2 е: Лри Ьр ( -енные функции а луктуаций - измер омощью приемных у- длительность реа,среднения (интег луктуаций 1, х - вр еализациями при и, аботке с помощью При х = 0 соглас ину дисперсии а луктуаций ф, т,е. Т+ -2т Ьр(т) Лу(т) бт,(2) 2для определения величины ичной фазовой ошибки 9 р, иверсальной характеристиких ошибок и представляю зультат статистического тегрирования) согласно (1), ость Т реализаций фазовых оторая служит реднеквадрат ляющейся у й статистичес ей собой ре реднения (ин ) за длитальн луктуаций,Однако, эта универсальная характеристика не определяет Фазовую ошибку завремя распространения Тр принимаемых(передаваемых) от объекта (к объекту) 8 сигналов, значительно меньшее длительностиреализации Т и меньшее интервала корреляции х атмосферных фазовых флуктуаций, при котором соблюдается условие"замороженности" атмосферы, т,е, Тр. х к,Как известно, для колмогоровской моделифлуктуаций показателя преломления турбулентной атмосферы дисперсия атмосФерныхфазовых флуктуаций определяется как02, = ц С 2, 2, , В 5/3 Р)при этом полагаат, что В= Ео - база разнесения между соответствующими элементами пар антенных решеток 1 и 2; - внешниймасштаб неоднородностей турбулентнойатмосферы, а - коэффициент, зависящий отразмера первой зо.ы Френеля, равногоЧХ (; при этом а = 0,7817 - в ближнейзоне - зоне Френеля (области геометриче 2ской оптики), т.е, при 1, а = 0,391 -ов дальней зоне - зоне Фраунгофера (обла 2сти-,). В дифракционной (промежу 0,точной) области коэффициент, а очевидно,меняется в пределах 0,391 - 0,7817 Совструктурная постоянная турбулентной атмосферы, типовое значение которой в оптическом и радиодиапазоне находится впределах от 10 7 до 10волновое число; А - длина волны принимаемого(передаваемого) от объекта (к объекту)8 излучения сигнала; - расстояние (дистанция) до объекта 8 (или длина трассы распространения): с, - внутренний масштабнеоднородностей турбулентной атмосферы,Обычно В 1,Интервал корреляции фазовых Флуктуаций оценивается величинойх =В(4)где О - поперечная составляющая скорости дрейфа (ветра) неоднородностей турбулентной атмосферы;Среднеквадратичная фаэовая ошибка яр по определению является среднестатйстической амплитудой флуктуационного процесса за время усреднения (интегрирования), равного длительности реализации Т, а величина х дает представление о том, на каком интервале времени в среднем имеет место коррелированностьмеждузначениями(флуктуэциями фаз) вслучэйном процессе изменения случайной величины (флуктуации фазы) в интервале на 179339840 50 блюдения равного длительности реализации Т. Поэтому среднестатистическая скорость изменения фазовой ошибки определится как частное от деления среднеквадратичной ошибки /7 ор на. величину интервала корреляции т флуктуаций фазовой ошибки; т,е.йд-: ф: ( вД" (о ) р)где;ор - дисперсия (в степени 1/2) дифференцированного случайного процесса - атмосферных фазовых флуктуаций, полученная за время усреднения (интегрирования) равное длительности реализации Т; В (О) - значение второй производноЛ11от функции корреляции Вр(т) при т= О.Значение фазовой ошибки за времяраспространения Тр = ОС1оф.о. = 1 Г 2 ср(6)Подставляя (3) и (4) в (б) и возводя вквадрат, получаем выражение для квадрата атмосферной фазовой ошибкио = 2 ц С . Р 2, С 2 пк 2; Я . ТЗ, В/3 (7) или заменив в (7) Тр нас учетом скорости распространения С, имеемС 2ф 2 р 2 Сп 2, Я З В - 1/3 (8).СС учетом только (б) и (4) выражения (7) и(8) можно представить в более простой форме0.о, = 2 р= 2 фО 1Р 2 (9).Таким образом, согласно (7) и (8) установлейа, что квадрат среднеквадратичной фазовой ошибки о.о. пропорционален кубу .времени(длины трассы) распространения и обратно йропорционален корню кубическому от величины "В" базы разнесения между соответствующим:, элементами антенных решеток в диапазоне времени (длин трасс) распространения сигналов от объекта (к объекту) 8, меньших интервала пространст венно-временной корреляции атмосферных . фазОвых флуктуаций (ошибок), т.е.1Сц илиС гКроме того, согласно (9) установлено, что квадрат среднеквадратичной фазовой ошибки сф,о. (без учета изменения дисперсии ф фазовой ошибки) пропорционален квадрату времени (длины трассы) распрост ранения и обратно пропорционален квадрату величины "В" базы разнесения между соответствующими элементами антенных решеток в диапазоне времен (длин трасс) распространения сигналов от объекта (к объекту д, меньших интервала пространственно-временной корреляции атмосферныхфазовых флуктуаций (ошибок), т,е,С к- ( 1,Следовательно, согласно полученных результатов квадрат атмосферных фазовыхошибок оф.о, возрастает нелинейно с увеличением времен (длин трасс) распространенияи уменьшается нелинейно с увеличением базраэнесения соответствующих элементов антенных решеток в определенном диапазонеих пространствейно-временных параметров,Таким образом, доказано, что в диапазоне пространственно-временных параметС тров1-элементов антенных решетокинтерферометрйческой системы (фиг, 1) наблюдается уменьшение атмосферных фазовых ошибок пропорционально базеразнесейия между соответствующими элементами антенных решеток,Поэтому по измерениям автокорреляционных функций электрического сйгнала,характеризующего разность фаз для каждойпары, например, -ой, 1 с-ой и т.д. соответствующих элементов антенных решеток 1 и 2,определяют интервалы корреляции т ( -номер пары) автокорреляционных функцийи для приема (передачи) сигнала используютк-ю пару элементов антенной решетки, длякоторой выполняется. условие -1,Ст1,где- расстояние до обьекта, а С - скоростьраспространения сигнала. Определение интервалов корреляции т( - номер пары) производят по данным измерений автокорреляционных функций, выведенных на многоканальный самописец (или цифропечатающее устройство) 7, И затем для приема (передачи) сигнала от обьекта (к объекту) 8 используют каждую паруэлементов антенных решеток 1 и 2, для коС 7торых выполняется условие - .1. Приэтом для передачи сигнала к обьекту 8 каждую пару элементов антенных решеток 1 иСц,2, для которых выполняется условие1 подключают к блоку 10 передатчиков спомощью соответствующих элементов коммутатора 9. Введенный по предложенному способу пространственно-временной режим работы двух антенных решеток йнтерферометрической системы (фиг. 1) обеспечиваетдостижение поставленной в изобретении цели;(в тм сук Формула и об ка то ра от ш У о оставитель А,Шеферехред М.Моргентал Корректор О Кравцова Тираж Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 Бводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 еньшение влияния атмосферных фазовых и бок, с умен ьшением времен и (длин ы ссы) распространения при приеме(перее) сигналов от объекта (к объекту) 8 и с личением баз "В" разнесения соответстщих элементов антенных решеток 1 и 2 ерферометрической системы (фиг,1) при личных изменениях метеорологических овий, например, скорости О 1 дрейфа ра) неоднородностей турбулентной атферы, а следовательно позволяет при занном выборе пространственно-вренных параметров антенных решеток инзобретения (передачи) сигнала от вумя антенными решет- прием сигнала элеменй решетки и измерение тых сигналов между соементами антенных реи й с я т 6 м, что, с целью я атмосферных фазовых автокорреляционные Способ приема екта (к объекту) д и, включающий каждой антенно зности фаз приня етствующими эл ток,отл ича ющ еньшения влияни ибок, измеряют терферометрической системы достичь близкий к оптимальному уровень атмосферных фазовых ошибок и близкую к оптимальной точность измерения (установки) разности 5 фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта(к объекту) 8 антенными решетками,Предложенный способ применим в различного рода антенных системах с одной, 10 двумя и многими антенйыми решетками вшироком диапазоне частот, включая лазерное излучение, при различных изменениях метеорологических условий,функции электрического сиг ризующего разность фаз каж ветствующих элементов антен определяют интервалы коррел мер пары) автокорреляционн для приема (передачи) сигна Е-тую пару элементов антенно которой выполняется условие где Е - расстояние до объект распространения сигнала. нала, характедой пары соотных решеток, и яции Т ( - ноых функций и ла используют й решетки, дляСца, С - скорость