Способ формирования характеристики направленности дискретной приемной антенной решетки

(71) Центральный научноский институт им. акад. А,Н.(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРАВЛЕННОСТИ ДИСКРЕТНОЙ ПРИЕМНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ(57) Использование: в антенной технике дляформирования диаграмм направленности исследовательКрыловэ Изобретение относится к антенной технике, в частности, к технике дискретных антенных решеток и может. быть использован для формирования диаграмм направленности, например, акустических приемных антенн, сформированных из микрофонов или гидрофонов, а также в других областях науки и техники, в которых используются дискретные приемные антенны.Для получения высокой пространственной избирательности линейной антенны используются мультипликативные антенны. Основным недостатком таких антенн является аппаратурная сложность обработки сигналов с выходов приемных элементов. Кроме того, мультипликативные антенны работают удовлетворительно только при условии высоких отношений сигнал/помеха.В качестве прототипа целесообразно принять способ формирования диаграммы о ыЛ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) х приемных антенн с целью сочисла приемных элементов при и ширины характеристики насти. Сущность изобретения: спочается во временной задержке приемными элементами сигналов дующим суммированием для кажэлементов, перемножении уроварных сигналов, причем шаг ения первой группы приемных в выбирают равным б 1 мень- А/2, а шаг расположения послеупп выбирают равным д-бь 1 К ер группы, К - коэффициент раз 4 ил,дискретны кращения сохранени правленно соб заклю принятых и их после дой группы ней сумм располож элементо ше/равно дующих гр где - ном направленности дискретной эквидистантной компенсированной антенны, Сущность его состоит в том, что сигналы от каждого приемного элемента антенны задерживают на некоторые величины, а задержанные сигналы складывают, На основании формул (5.4) и(5.36) указанной книги получаем выражение, связывающее ширину ао,у характеристики зквидиствнтной антенны, ее длинуи число приемников и в виде:ИИ51 А 102и - 2(1.)эледля расстояния б между приемнымиментами: где А- длина волны принимаемого сигнала.Таким образом, ширина характеристики направленности жестко связана с числом приемных элементов, что и является недо 1838852статком такой антенны, Действительно, если необходимо обеспечить узкую характеристику направленности приемной антенны, необходимо большое число приемных элементов, такое же число каналов связи между приемными элементами и линий задержки, осуществляющих компенсацию антенны, Все это существенно усложняет реализацию дискретной приемной антенны с заданной шириной характеристики направленности.Целью изобретения является уменьшение числа приемных элементов при сохранении ширины характеристики направленности приемной антенны,Поставленная цель достигается тем, что приемные элементы и соответствующие им управляемые линии задержки разбивают на и групп, суммируют задержанные сигналы в каждой группе и перемножают уровни суммарных сигналов, Первую из групп составляют из приемных элементов, расположенных с шагом б 1, выбираемым из условия получения характеристики направленности с заданным числом главных максимумов, последующие группы составляют из приемных элементов. расположенных с шагом б=б 11-11 Кь где - номер группы, К 1 - коэффициент разрежения. Коэффициент разрежения каждой группы выбирают таким образом, чтобы все дополнительные главные максимумы характеристик направленности последующих групп совпадали с нулями характеристики направленности хотя бы одной из групп. Фазовые центры всех групп совмещают друг с другом,На фиг, 1 показана структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг, 2 - характеристика направленности первой группы из 7 приемников; на фиг. 3 -характеристика направленности второй группы 7 из приемников при коэффициенте разрежения К 2=7; на фиг. 4 - результирующая характеристика направленности дискретной антенны,Сущность предлагаемого технического решения поясняется на основе анализа работы устройства, реализующего способ формирования характеристики направленности дискретной приемной антенны, образуемой двумя группами по 7 приемных элементов (см. фиг. 1). При дальнейшем рассмотрении будем считать, что имеет место достаточно большое отношение сигнал/помеха, поэтому погрешности формирования характеристики направленности, не учитываем. Первую группу образуют приемные элементы 11-17, Вторая группа составлена из элементов 21-21. Выходы приемных элементов 11-17 соединены со входами первых управляемых линий 31-Зт задержки, а выходы второй группы элементов 2 1-27 соединены со входами вторых управляемых линий41-4 т задержки. Выходы первых линий5 31-37 задержки соединены со входами первого сумматора 5, выход которого через первый детектор 6 соединен с первым входомперемножителя 7 уровней, Выходы второйгруппы линий 41-47 задержки соединены со10 входами второго сумматора 8, выход которого через второй детектор 9 соединен совторым входом перемножителя 7 уровней,выход которого является выходом устройства в целом,15 Пусть требуется синтезировать диаграмму направленности дискретной приемной антенны с одним главным максимумом.Тогда шаг расположения элементов первой20 группы 11-17 выбираем с условием б,Лгде Л - наименьшая длина волны рабочегодиапазона частот, Вторую группу составляем из приемных элементов, расположенныхс шагом бг большим, чем шаг. б 1. При этом25 вторая группа гидрофонов будет иметь характеристику направленности, обладающую несколькими главными максимумами,ширина которых, согласно(1) определяетсядлинойвторой группы гидрофонов. Шаг30 расположения второй группы приемныхэлементов 21 - 27 выбираем из условия совпадения угловых положений нулей характеристики направленности первой группы имаксимумов характеристики второй группы,35. которое можно записать в виде:81 Х Е 21(2),п 1 б 1 б 2где 81 - порядковый номер нуля характеристики направленности первой группы, п 1 -40 число элементов первой группы, п 12 - порядковый номер максимума характеристики направленности второй группы, бг - шаграсположения элементов второй группы, Хдлина волны сигнала,45 Введем в рассмотрение отношение- =Кгб 2б 1(3),где К 2 - коэффициент разрежения второйгруппы (по сравнению с б 1) и перепишем (2)0. ввиде81 п 12(5).Следовательно, если, например, выбрать Кг=п 1, то нули характеристики направ. ленности первой группы совпадают смаксимумами того же номера характеристи 1838852ки направленности второй группы (при Ян а 2 ь где 1=1,2), Перемножение двух характеристик направленности осуществляетСя путем измерения уровней сигналов с выходов сумматоров 5 и 8 первой и второй 5 групп приемных элементов с помощью детекторов б и 9 и перемножения этих уровней с помощью перемножителя 7 уровней, В результате перемножения характеристик направленности двух групп приемных эле ментов, фазовые центры которых совмещены(центральный приемный элемент первой группы является одновременно центральным элементом второй группы), получим результирующую характеристику, 15 обладающую одним главным максимумом, ширина которого определяется линейной длИной . всей дискретной антенны в целом.Следует отметить, что число групп приемныхэлементовможетбытьувеличенопри 20 выполнении условия совпадения угловых положений максимумов характеристик направленности последующих групп с угловыми положениями нулей хотя бы одной из предыдущих, 25Таким образом, зкономический эффект от внедрения предполагаемого иэобретенйя определится существенным упрощением аппаратуры за счет сокращения числа рабочих каналов. Экономический эффект 30 тем выше, чем более узкой характеристикой направленности должна обладать проектируемая дискретная приемная антенна, Наиббльший эффект достигается и риХ 7 47 реализации по предлагаемому способу пространственных антенных решеток, т,к. эффекты сокращения числа элементов вдоль взаимно-перпендикулярных осей перемножа ются. Формула изобретения Способ формирования характеристики направленности дискретной приемной антенной решетки, заключающийся во временной задержке принятых приемными элементами сигналов и последующем их суммировании, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения числа приемных элементов и ри сохранении ширины характеристики направленности, временную задержку принятых сигналов и их последующее суммирование осуществляют для каждой группы приемных элементов, уровни суммарных сигналов перемножают, причем шаг расположения приемных элементов первой группы выбирают равным д /2, а шаг расположения приемных элементов последующих групп выбирают равным б=б(-1) Кь где 1=2,3,4, й - номер группы; К; - коэффициент разрежения, равный числу элементов предыдущей группы, поделенному на номер нуля характеристики направленности предыдущей группы, совпадающий по направлению с первым дифракционным максимумом данной группы, при этом фазовые центры всех групп совпадают.Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5