Вычислительное устройство для управления лучом плоской антенной решетки

(19 Д 5 ПС 06 Р 15 ИЗОБРЕТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСК ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1,Авторское свидетельство СССР . Р 335692, кл, С 06 Р 15/20, 1969.2. Авторское свидетельство СССР Р 793154, кл, С 06 Р 15/20, 1979 (прототип).(54)(57) 1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТ; ВО ЦЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ПЛОСКОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ, содержащее блок вычитания, два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления, входы которого являются управляющими входами устройст ва, а,выходы подключены соответствен но к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчиков строй и реверсивных счетчиков столбцов, выходы блока вычитания подключены соответственно к информационным входам первого и второго. координатных множительных блоков, выходы первого координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами суммирующих счетчиков строк, выходы . второго координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход-.первой группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к первым входам элементов И соответствующих групп, каждый выход второй группы в ов каждого суммирующего счетчик рок подключен к входам соответс щего корректирующего. узла,выход торых подключены к первым входам 1013967 А соответствующих коммутирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что; с целью упрощения,оно содержит блоки Формирования стробирующих импульсов, информационные входы первой группы каждого из которых соединены с прямыми выходами соответствующего реверсивного счетчика столбцов, информационные входы второй группы соединены с инверсными выходами реверсивного счетчика столбцов, выход сигнала считывания блока управле- Е ния соединен с входами разрешения считывания реверсивных счетчиков столбцов и блоков формирования стробирующих импульсов, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами соответствующих коммутирующих Ф узлов.2, Устройство по п.1; о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок, форми- ффф рования стробирующих импульсов содер- юв жит элементы ИЛИ и элементыИ, информационные входы которых соединены , ффффф соответственно с первой и второй фр группами информационных входов блока, а управляющие входы подключенык входу разрешения считывания блока, ф) выход каждого элемента И, кроме первого, подключен к первому входу соответствующего элемента ИЛИ, выходы которых и выход первого элемента И являются выходами блока, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход каждого последующего элемента ИЛИ соединен с выходом предыдущего элемента ИЛИ.10 50 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в радиолокации для управлениядвоичными дискретными фазовращателями антенных решеток.Известно устройство для управления лучом плоской антенной решетки, содержащее блок управления вычислителем, блок вычитающих счетчиков, два координатныхмножительныхблока, суммирующие счетчики строки реверсивные счетчики столбцов, вкотором выходы координатных множительных блоков подсоединены к входамсуммирующих счетчиков строк и реверсивных счетчиков столбцов, выходы 15которых через схемы совпадения соединены с входами ключевых схем 13,Недостаток устройства состоит втом, что при управлении дискретнымифазовращателями на раскрыве антеннывместо требуемого линейного фазовогофронта формируется ступенчатый фазовый фронт, при этом распределениефазовой ошибки на раскрыве носит периодический характер,.что приводит кпоявлению дополнительных боковых лепестков в диаграмме направленностии существенному снижению точностиустановки луча в заданное положение.для устранения этого недостаткаразрушают периодичность распределения З 0фазовой ошибки путем введения в высокочастотные тракты управляемыхфазовращателей неуправляемых дискретных фазосдвигателей со случайнымсдвигом фазы, который учитывается З 5при формировании команд управлениядвоичными дискретными фазовращателями,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является уст ройство, содержащее блок вычитания,два входа которого являются информационными входами устройства, блокуправления, входы которого являютсяуправляющими входами устройства, а 45выходы подключены соответственно куправляющим входам первого и второгокоординатных множительных блоков,блока вычитания, суммирующих счетчиков строк и реверсивных счетчиковстолбцов, выходы блока вычитанияподключены соответственно к входампервого и второго координатных множительных блоков, выходы первого .координатного множительного блокасоединены соответственно с входами 55суммирующих счетчиков строк, выходывторого координатного множительногоблока соединены соответственно свходами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход первой группы вы- . 60ходов каждого счетчика строк подключен к первым входам элементов Исоответствующих групп, каждый выходвторой группы выходов каждого счетчика строк подключен к входам соот ветствующего корректирующего узла, выходы реверсивных счетчиков столбцов подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, к .вторым входам которых подключены выходы соответствующих корректирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства 2 .Недостаток известного устройства состоит в сложности. Это объясняется наличием в составе устройства сложных коммутирующих узлов, число которых равно числу элементов антенной решетки и может составлять несколько тысяч, а в состав каждого коммутирующего узла входят триггер, элемент И и элемент задержки.Целью изобретения является упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее блок вычитания,два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления, входы которого являются управляющими входами устройства, а выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчиков строк и реверсивных счетчиков столбцов,. выходы блока вычитания подключены соответственно к информационным входам первого и второго координатных множительных блоков, выхоДы первого координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами суммирующих счетчиков. строк, выходы второго координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход первой группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к первым входам элементов И соответствующих .групп, каждьй выход второй группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к входамсоответствующего корректирующего узла, выходы которых подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства, содержит блоки формирования стробирующих импульсов, информационные входы первой группы каждого из которых соединены с прямыми выходами соответствующего реверсивного счетчика столбцов, информационные входы второй группы соединены с инверсными выхо1013967 Соответствующаяэтой кодовойкомбинации дробная часть требуемого фазового сдвига д 9 Двоичная кодоваякомбинация на входе узла 8 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 О 0 0 00 О, 256 0,506 0,756 01 10 дами реверсивного счетчика столбцов,выход сигнала считывания блока управления соединен с входами разрешения считывания реверсивных счетчиковстолбцов и блоков формирования стробирующих импульсов, выходы каждого5из которых соединены с вторыми входамисоответствующих коммутирующих узлов.Причем блок. Формирования стробирующих импульсов содержит элементыИЛИ и элементы И, информационные вхо 1 Оды которых соединены соответственнос первой и второй группами информационных входов блока, а управляющиевходы подключены к входу. разрешения .считывания блока,. выход каждого элемента И, кроме первого, подключен кпервому входу соответствующего элемента ИЛИ, выходы которых и выходпервого элемента И являются выходамиблока, второй вход первого элемента 20ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход каждого последующего элемента ИЛИ соединен с выходом предыдущего элемента ИЛИ.На фиг, 1 показана структурная 25схема вычислительного устройства;4" на фиг. 2 - .вариант схемы блока формирования стробирующих импульсов;на фиг. 3 - эпюры,поясняющие работублока формирования стробирующих импульсов,1Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания, два координатных множительных блока 3, суммирующие счетчики 4 строк реверсивныесчетчики 5 столбцов, Элементы И б,узлы 7.вывода, корректирующие узлы8, коммутирующие узлы 9, блоки 10формирования стробирующих импульсов,элементы 11 и элементы ИЛИ 12, выходы 13 блока 10. 40В вычислительный тракт каждогоуправляемого фазовращателя с номером 13 (1 - но 0 ерстроки; 3 - номерстолбца) вводят неуправляемый дискретный фазосдвигатель,создающий случайный дискретный фазовый сдвиг 3,равномерно распределенный в интерваВеличина неуправляемого Фазового сдвигале - Ц 2., + Ь 2, где ь - дискрет.управляемого фазовращателя где Р - разрядность фазовращателя,(Неуправляемые фазосднигателина фиг. 1 не показаны, так как всостав устройства управления лучомони непосредственно не входят).Суммирующие счетчики 4 строк имеютдве группы выходов: первая группа -выходы старших разрядов в количествеР, которые подключены к входам элементов И б, и вторая группа - выходымладших разрядов в количестве щ, которые подключены к входам корректирующих узлов 8,Младшие разряды - это дробная.часть 91,кода фазы 9,. которая непереносится в. Фазовращатели, а отбрасывается при округлении. Каждый .корректирующий узел 8 синтезирован из элементов цифровой логики таким образом,чтобы на его выходе, соединенном скоммутирующим узлом 9 3.3-го управляемого фазовращателя,. в высокочастотный тракт которого включен неуправляемый Фазосдвигатель, вносящий случайный Фазовый сдвиг при поступлении на его входи двоичного кодачисла младших разрядов. д.Ф Формировалась булева фракция О.в соответствии с соотношениемЦ" = 1-Е1 + О 51. Я (г)д% - 11) аР 9где ЕХ 1 означает целую часть числа Х,Если, йапример, Р = 2, щ = г, тосоответствие между величиной; ,иомером выхода корректирующего узла 8и значением булевой функции на данном выходе при поступлении на входузла 8 кодовой комбинации младшихразрядов 49, устанавливается потаблице, построенной на основаниивычислений по формуле (2). Булевы функции на выходе корректирующего узла 8с номером8-1 8-2 8-3 8-4 0,501 0,25 -0,25 Ь10139 б 7 Номер выхода блока 10 формирования стробирующих импульсов, подключенного к входу, коммутирующего узла 9, соответствует номеру выхода корректирующего узла 8,подключенного к первому входу этого же коммутирующего узла.Устройство работает следующим образом.Требуемое значение Фазы сигнала каждого излучателя определяется10 соотношением 15 цией, записанной в суммирующих счетчиках 4 строк, и вычитаются из инфорК (1-1)+К (3-1)У 3,ф - требуемое значение фазы13-го излучателя; 20 Й - расстояние между излучателями в строке;Й 1 - расстояние между излучателями в столбце;3 - длина волны; 25номер строки излучателей;3 - номер столбца излучателей;угловые координаты требуемого положения луча относительно нормали к плоскостираскрыва антенны где набег фазы по соответствующим координатам на расато- З 5яние между соседними излучателями,На входы блока 2 вычитания поступают в двоичном коде, числа 40 ф д 1 ЮМ = К 2, К = Кд 2 где Ц- число триггеров в первомкоординатном множительномблоке;Я - число триггеров во втором 45координатном множительномблоке.При считывании информации из блока 2 на его выходах образуются импульсные посылки, число импульсов в которых равно соответственно К и К,. Эти импульсные посылки поступают на первый и второй координатные множительные блоки 3, где умножаются соответственно на величины 55ч29 л,2 Юа. Получившиеся на выходах координатных множительных блоков импульсные посылки, количество импульсов в которых К(1-1.) и К(3-1 )пропорционально требуемым значениям фаз излучения для строк и столбцов, записываются в суммирующих счетчиках 4 строк и реверсивных счетчиках 5 столбцов. . 65 ф = (1-1) 51 пЧ+ 276 Д2 Гйд . 2 вйвК 51 п ЧК Переключение реверснвных счетчиков 5 столбцов иэ режима "Запись" в режим "Считывание" осуществляется соответствующими сигналами, поступающими из блока 1 управления,Суммирование фаз по строкам и столбцам осуществляется за 2+ ф тактов суммирования, где (р+в ) - число разрядов в счетчиках 4 и 5. Импульсы суммирования поступают из блока 1 управления параллельно на входы всех суммирующих счетчиков 4 строк и на входы реверсивных счетчиков 5 столбцов. При поступлении импульсов суммирования они складываются с информамации, .записанной в реверсивных счетчиках 5 столбцов. В момент, когдав реверсивном счетчике 5 какого-либо . столбца информациясписывается до нуля, сигналы на прямых выходах триггеров этого счетчика принимают нулевые значения, ана инверсных - единичные. В результате на всех выходах блока 10 Формируются стробирующие импульсы(фиг, 3 ),причем длительность этихимпульсов неодинакова на различныхвыходах: на первом выходе она равна одному периоду следования импульсов суммирования, на втором выходе -двум периодам, на третьем - трем и т.д. Эти стробирующие импульсы поступают на входы соответствующих коммутирующих узлов 9 этого столбца, представляющих собой элементы И, и отКрывают их по первому входу.Если к этому же моменту йа выхьде соответствующего корректирующего узла 8 сформировался сигнал логической единицы что определяется кодом младших разрядов), то на выходе данного коммутирующего узла 9 формируется сигнал логической единицы, поступающий на входы соответствующих элементов И б, в результате через эти элементы информация из старших разрядов соответствующего суммирующего счетчика 4 строки переносится в соответствующий узел 7 вывода,откуда поступает на управляемый дискретныйфазовращатель. Если же во время дЕйствия стробирующего импульса на выходе соответствующего корректирующего узла 8 существует сигнал логического нуля,процесс суммирования продолжаетсядо тех пор, пока на этом выходена сформируется сигнал логическойединицы, после чего, как и в предыдущем случае, информация иэ старшихразрядов соответствующего суммирующего счетчика 4 через элементы б и узел 7 переносится в соответствующийуправляемый дискретный фазовращатель.При этом фазовое состояние фазовра"щателя оказывается на один дискрет больше, чем в предыдущем случае.Длительность стробирующих импульсов выбрана такой, чтобы, с одной стороны, обеспечить перенос информации из старших разрядов суммирующих счетчиков 4 в управляемые дискретные фазовращатели в заданные моменты времени в зависимости от значений д 9 и ,;,а с другой стороны, исключить йовторное поступление информации на фазовращатели;В итоге значение фазы излучения Ц-го излучающегоэлемента антенной решетки равноф = . + ЕЕ 1 + 0,536 (4)гЧдАнализ формулы (4) показывает, что величина установившегося значения фазы 9) отличается от величины требуемого значения фазы при идеальном фазировании ф; не более, чем на половину дискрета фазовращателя. Поэтому дополнительного снижения коэффициента усиления антенны не происходит. В то же время наличие случайных фазовыхсдвигов приводит к нарушению периодичности распределения фазовых ошибок по раскрыву, что ведет к существенному снижению ошибокустановки луча И к уменьшению уровнядополнительных боковыХ лепестков,вызываемых квантованием фазы.Качество работы рассмотренноговычислительного устройства такое же,как и известного устройства. Положительный эффект состоит в упрощенииустройства, что характеризуется уменьшением требуемого количества тригге-ров и элементов задержки, которое визве".тном устройстве равно числуизлучающих элементов антенной решетки. При этом дополнительно требу ется лишь М 2 элементов И и Я(2-1 )элементов ИЛИ. Так, если антеннаярешетка имеет И = 100 столбцов им = 100 строк и при этом ш = 2-3,то требуемое количество триггеров О и элементов задержки (в микрополосновом исполнении это тоже триггеры).уменьшается на 10000. Дополнительнотребуется лишь 400-800 элементовИ и 300-700 элементов ИЛИ. При этом 25 необходимо иметь в виду, что элементы И и ИЛИ значительно проще и дешевле, чем триггеры и элементы задержки.10139671 агае Хг Х ВНИИПИ Заказ 3006/5 Тираж 704 Подписное иал ППП "Патент", жгород, ул, Проектная