Адаптивная антенная решетка

(Я)5 КОМИТЕТИ ОТКРЫТИ ОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР ТЕ ЕТЕЛ ЬСТВУ КОМУ В д ПИСАНИЕ ИЗ(54) АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА (57) Использование: в системах радиолокации и радионавигации с адаптивными антенными решетками (ААР) для обеспечения приема нескольких полезных сигналов на фоне помех при сохранении габаритов апертуры ААР. Сущность изобретения: устройство содержит М . й антенных элемейтов 1, соединенных через малошумящий усилитель 2 и Р-канальный делитель 3 мощности с соответствующими входами Р сигнальных процессоров 5 (Р - количество принимаемых сигналов), каждый из которых состоит из М . й фаэовращателей 6, матрицы Батлера 7, коммутатора 8, системы адаптации 9 и сумматора 10. При этом управляющие сигналы блока 4 управления соответствуют определенному закону. 2 ил.5 10 30 50 Изобретение Относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиолокации и радианаВИ- гации с адаптивными антенными решетками (ААР); позволяющими автоматически устанавдивать нули диаграммы напраа ален ности (ДН) в направлении источников помех, уменьшая уровень помех и обеспечивая тем самым обнарукение полезных сигналов и измерение их парамет- РОВПри работе в составе связной и радионавигационной аппаратуры ААР должна Обеспечивать надежный прием и обработку нескольких ортогональных пространственно-разнесенных или слабокоррелированных полезных сигналов и подавление помех. При этом помехозащищенность ААР определяется количеством подавляемых помех, Увеличение количества подавляемых помех при приеме нескольких полезных сигналов приводит к увеличению количества излучателей ААР и, как следстВие, к увеличению ее апертуры, чта затрудняет использование ААР на детательных аппаратах и наземных обьектах ограниченных размерОВ,Известна ААРсодержащая К каналов, каждый из.которых содержит приемный антенный элемент АЭ) и весовой умножител ь, выходы которых подключены к сумматору, бдак формирования Весовых коэффициентов, классификатор наличия полезнога сигнала и ключ. Известная ААР обладает Высокой помехозащищенностью при при- ВМЕ достаточно мощных и длительных полезных сигналовОднако данная ААР требует большого Отношения сигнал/шум на входе и позволяет Вести прием одновременно только одного полезного сигнала на фоне. помех.Известна также ААР, содержащая К ка- налОВ, каждый из которых выполнен В виде последовательна соединенных приемного антенного элемента и весового умнажителя, сумматор, Вкдаченный на выходах всех каналов, блок формирования весовых коэффициентов, входы которого подключены к выходам приемных антенных элементов, а Выходь к Вторым Входам весовых умнажи" телей, Известная ААР предназначена для подавления помех по боковым лепесткам ДН,Однако известная ААР не может принимать даста ганна мощные и длительные сигналы без иСпальзования специальной синхронизации времени их прихода, Кроме того, известная ААР позволяет Вести прием толька одного падезнага сиегала на фане помех,Известна также ААР, содеркащая й антенных элементов с предусилителями и контурами адаптивного управления, состоящими из двух корреляционных смесителей, усилителей и сумматоров, подключенными к входам общего сумматора,Недостатком известной ААР является снижение ее помехозащищеннасти при одновременном приеме нескольких полезных сигналов из разных источников на фоне помех.Наиболее близкой к изобретению является ААР, содержащая К;М антенных элементов ., устройство . управления, осуществляющее формирование весового вектора, и сигнальный процессор, включающий в себя И М фазовращатедей, матрицу Батлера К М входов, коммутатор систему адаптации и сумматор .Известное устройство работает следуощим образом.Матрица Батлера в совокупности с антенными элементами решетки формирует систему артаганальных ДН, число которь 1 х равно числу входов матрицы Батлера, при этом главный лепесток каждой из них приходится на нуль всех остальных ДН. Направление луча ДН в пространстве обеспечивается весовым вектором, который вырабатывается устройством управления. Ортогональная ДН, направление главного лепестка которой в наибольшей степени совпадает с напоавлением прихода полезного сигнала, выбирается в качестве главной, Коммутатор подключает выход матрицы Батлера, соответствующий выбранной ДН. к прямому входу сумматора Остальные выходы матрицы Батлера коммутатор подключает к Входам системы адаптации, В системе адаптации происходит весовая обработка сигналов излучателей. С Выхода системы адаптации сигнал поступает на инверсный вход сумматораС выхода сумматора сигнал поступает на корректирующий вход системы адаптации,Так как напразление на источники помех может меняться и нельзя исключить влияния других шумов, процесс адаптации происходит непреры вно.Такая антенна мажет обеспечить прием лишь от одного источника полезного сигнала, В случае необходимости вести одновременный прием нескольких полезных сигналов, например Р полезных сигналов, требуется Р таких ААР, содержащих саатветственно Р М М антенных здементов. Последнее приведет к увеличению апертуры ААРчто не всегда возможно в метровом и длиннаволновой части дециметрового диапазона. Пусть, например М И = б количестые градиенты в наответственно;элемента;щателя;гления до бпижай-.- фазо йХиУсо антенного ет фазовра ратор окруто вода из градус ения целой част ратор выделго числа;тор выделео числа;спомогдтел ния дробнои части ьные коэффициен 5)+55 га во антенных элементов определяется в основном из соображений энергетики радио- линий с числом подавляемых помех), Л = 75 см. Межэлементное расстояние б = Л/2, Тогда размер апертуры антенны составит 5 (М М)б 0,75/2=1,875 м, Пусть в тех же условиях необходимо обеспецить одновременный прием от четырех источников полезного сигнала, тогда размер апертуры станет равным 4 . (М.й) б = 7,5 м, Установ ка такой антенны практически на любом подвижном обьекте нереальна.Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей адаптивной антенной решетки путем 15 обеспечения приема нескольких полезных сигналов на фоне помех при сохранении габаритов апертуры антенны.Сущность изобретения заключается в том, что в ААР, содержащую антенные эле менты, устройство управления и сигнальный процессор, включающий в себя последовательно соединенные фазовраща.- тели, матрицу Батлера М,М, где М - число строк матрицы Батлера; й - число столбцов, 25 коммутатор, а также систему адаптации, информационные входы которой подключены и выходам коммутатора, а корректирующий вход - к выходу сумматора, первый и второй входы соединены соответственно с первым 30 выходом коммутатора и вь 1 ходом системы адаптации, при этом число антенных элементов и число фазовращателей равно МЯ, управляющий вход коммутатора соединен с первым выходом устройства управления, 35 второй выход котороо соединен с обьединенными управляющими входами фазовращателей, выход сумматора сигнального процессора является выходом адаптивной антенной решетки, дополнительно введены 40 (Р) сигнальный процессор, где Р - количество принимаемых полезных сигналов, каждый антенный элемент подключен к одноименным входам сигнальных процессоров церез дополнительные последова тельно соединенные малошумящий усилитель и Р-канальный делитель мощности, а устройство управления формирует управляющие сигналы в соответствии с математическими выражениями 50Фд = опт(п/4) -1,5)х(Ь ) + р (4 г ( Ро )/4 - 1,5 Кх+ Ку, (2) мер сигнального процессора, совс номером источника полезного номер луча, фазовые градиент наиболее близки к напрэвлени оответствующего полезного си ты,Это обеспечивает возможность одновременного приема ААР нескольких ортогональных или слабокоррелированных полезных сигналов на фоне помех без увелицения апертуры ААР, при этом колицество полезных сигналов, которые может принять одновременно ААР определяется количеством сигнальных процессоров.Совокупность перечисленных признаков является новой и не обнаружена в известных технических решениях. Это определяет существенные отличия предлагаемой ААР и обеспечивает возможность надежного приема и обработки нескольких ортогональных пространственно-разнесенных полезных сигналов и подавления помех без увеличения апертуры ААР, что особенно важно для связной и навигационной аппаратуры, используемой на летательных аппаратах и наземных обьектах ограниченных размеров.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой адаптивной антенной решетки; на фиг, 2 - блок-схема алгоритма определения номера луча, фэзовые градиенты которого наиболее близки к направлению прихода соответствующего полезного сигнала, а также фазовых сдвигов дискретных фазовращателей.ААР содержит М й антенных элементов 1, последовательно соединенных с М М малошумящими усилителями 2, выходы которых соединены с М И Р-канальными,если 0Ьфу- л/2 (3)уЛ3 если --ЬЬУгде Ьф Ь(Д - фазавые градиенты в направлении осей Х и У соответственно.Ьф) =-(ф) - (фи - 1 )Ий) =Иь) -И 1) 55налов на выходах антенгде ф - фазы сигэ и(А)сов( фо )уо ),делителями 3 мощности, устройство 4 управления и Р сигнальных процессоров 5, содержащих М М фазовращателей 6, матрицу Батлера на М М входов 7, коммутатор 8, систему.9 адаптации и сумматор 10, причем 5 общее количество сигнальных процессоров Р, входящих в состав ААР, равно количеству источников полезных сигналов,Устройство работает следующим образом, 10Сигнал ьг с выходов антенных элементов (АЭ) 1 усиливаются малошумящими усилителями 2 и разделяются делителями 3 мощности на Р групп (по М И сигналов в каждой группе). Число групп, т,е. число каналов де лителей мощности, определяется числом источников полезных сигналов, которые в состоянии одновременно обработать ААР на фоне помех, С выходов делителей мощности сигналы поступают на одноименные 20 входы каждого из сигнальных процессоров 5, т,е, на первые входы фазовращателей 6. Одновременно на управляющие входы фа,завращателей 6 и коммутаторов 8 каждого сигнального процессора поступают сигна лы с выхода устройства управления, содержащие информацию об,угловых координатах источников полезных сигналов и номер луча Ро. Устройство управления вырабатывает управляющие сигналц в соот ветствии с математическими выражениями (1) и (2),Вспомогательные коэффициенты апределя ются в соответствии с математическими выракениями 35Л ,если Ьф,-21,еслибы/2 Ьф О где и - номер антенного элемента;(Чо) (дЪ ) - угловые координаты источ 1ников полезных сигналов;К - коэффициент фазы, равный 2 л/Л,где Л- длина волны, б - расстояние междуэлементами адаптивной антенной решетки.Величины Л - длина волны; К " 2 гг/Л- коэффициент фазы; б - расстояние между элементами решетки; А = 1,5 являютсяконстантами,Известно также количества. антенныхэлементов М М, Определение фазы сигналов на выходах антенных элементов происходит поочередно для каждого антенногоэлемента (и - номер антенного элемента).Угловые координаты источников полезныхсигналов априорно известны. Вместе с константами (Л, К, б, А) ани записаны в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ),входящем в состав устройства управления(УУ), Вычисляемые промежуточные величины для определения фазовых сдвигов фазовращателей поступают в оперативноезапоминающее устройство(ОЗУ) устройствауправления. Для определения фазы сигналов на выходах антенных элементов, которые должны иметь место для заданных Чо ио, их значения поступают из ПЗУ в арифметическое устройство (АУ).Вь 1 числение Фазовых градиентов в направлении осей Х и У происходит в АУ всоответствии с формулойЬ 9 х =о - 9 и -Ьуу -- Ф, - ФВычисление номера луча Ео, фаэовыеградиенты которого менее всех отличаютсяат Ьф, и Ьф осуществляется в соответствии с формулойЕо = 4 Кх+ Куи его значение заносится в ОЗУ.Определение Фазовых сдвигов дискретных фазовращателей, обеспечивающих заданный поворот основных ДН,осуществляется в соответствии со структурной схемой устройства управления,В качестве конкретной реализации данной структурной схемы может быть использовано устройство специализированноеуправляющее вычислительное "Электроника ДЗ".Сигнал, содержащий информацию о фазовых сдвигах Фазовращателей, поступаетна управляющие входы всех Фазовращателей. Сигнал, содержащий информацию о номере луча, направление максимумакоторого. наиболее близко к направлениюна источник полезного сигнала. поступаетна управляющий вход коммутатора. При .этом происходит изменение значения фазына каждом фазовращателе на соответствующую величину, в результате чего происходит поворот ортогональных ДН, сформированных матрицей Батлера, при этом выход матрицы Батлера, направление главного луча ДН которого наиболее близко к истинному направлению прихода полезного сигнала (т.е. значение,.фазового сдвига было наименьшим), через коммутатор подключается непосредственно к прямому входу сумматора, Дальнейший принцип работы полностью соответствует принципу работы сигнального процессора прототипа.Предлагаемая адаптивная антенная решетка реализуется на широко известных устройствах,Формула изобретения Адаптивная антенная решетка, содержащая М М каналов, каждый из которых состоит из антенного элемента, где М - число строк, М - число столбцов, блок управления и первый сигнальный процессор, состоящий из МЙ фазовращателей, входы которых являются входами первого сигнального процессора, а выходы соединены с соответствующими входами последовательно соединенных матрицы Батлера и коммутатора, первый выход которого соединен с последовательно соединенными сумматором и системой адагггаци, информационные входы которой подключены к вторым выходам коммутатора, а корректирующий выход системы адаптации - к инверсному входу сумматора, выход которого является выходом первого сигнального процессора и адаптивной антенной решетки, при этом управляющий вход коммутатора соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляюьцими входами фазавращателей, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности за счет увеличения количества принимаемых сигналов на фоне помех при сохранении габаритов антенной решетки, дополнительно введены (Р) сигнальных процессора, где Р - число принимаемых по-. лезных сигналов, а в каждый канал - после Фп = 1 М(п/4) -1,5)хРФ) + 2 СМ(Ро )/4 - 1,5)15гонгад-)++ Щ(и/4)-1,5) хС"Ь) + С 4 СРо Р 4 - 1,5)габ 35 20х гоц Ро =4 Кх+Ку)25- номер сигнального процессора, совпадающий с номером источника полезного сигнала;Ео - комер луча, фазовые градиент.которого совпадают с направлением прил. -да соответствующего полезного сигнала:Лф 4, ЬД, - фазовые градиенты в направлении осей Х и У соответстзе но;и - номер антенного элемента;д - дискрет фазовращателей;гоц - оператор округления до ближайшего целого;гад - оператор перевода иэ градусов врадианы;. 1 м - оператор выделения целой частивещественного числа;б - оператор выделения дробной частивещественного числа;Кх, Ку - вспомогательные коэффициенты. довательно соединенные малошумящий усилитель и Р-канальный делитель мощности, выходы которого соединены с одноименными входами соответствующего 5 сигнального процессора, при этом вход малошумящего усилителя подключен к выходу соответствующего антенного элемента, а блок управления выполйен с возможностью формирования сигнала в соответствии с ма тематическим выражениемПроизводст о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1587 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113038, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб 4/5