Устройство для моделирования диаграммы направленности антенны

.ЗО,3,Д) С 06 Г 15 ОБ Т ИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОР В.Ю., Макарьев О ренажеры и имитат здат, 1969, с, 1 ры ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Псковский филиал Ленинградского ордена Ленина политехнического института им,И.И.Калинина(56) 1. Ралль ,Л: Поляков В.С. Т о ВМФ. И., Воени 53 ю Рис. 77 ф 78.2. Тверской Г.Н., Терентьев Г.К,:, Харченко Л.П.: Имитаторы эхосигналов судовых радиолокационных станций. Л., фСудостроение", 1973, с. 194.3. Авторское свидетельство СССР В 935967,кл. 6 06 Е 15/20, 1980 (прототип).(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ, содержа)цее генератор импульсов, первый счетчик импульсов, блок вычитания, элемент И,. выход счетчика импульсов соединен с информационным входом блока вычитания, первый выход которого соединен с входом первого цифрового запоминающего блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения, Функциональных возможностей устройства засчет воспроизведения диаграммы направленности при наличии протяженных объектов, оно дополнительно содержит делитель частоты с рейулируеьым коэффициентом деления, формирователь угловой развертки, второй счетчик импульсов второй цифровой запоминающий блок,сумматор и два блока задания начальных параметров, причем выход генератора импульсов соединен с входом делителя частоты с регулируеьвам коэффициентомделения, выход которого подключен к первому входу элемента И и к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом запрета блока вычитания, установочные входыЕ первого и второго счетчиковимпульсов и формирователя угловой развертки подключены к входу запуска устройст". ва, выход элемента И соединен со счетным входом первого счетчика имйульсов, первый н второй установочные В: входы блока. вычитания подключены к выходам первого и второго блоков за- Фюй дания начальных параметров соответст- вар венно, второй выход блока вычитания соединен с входом второго цифрового ффф запоминающего блока,. выходы цифровых фр запоминающих блоков подключены соответственно к входам сумматора, выход Сф которого являетсявыходом устройства. фЖ1013966 1 О 2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что формирователь угловой развертки содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, узел памяти и вычитающийсчетчик импульсов, выход которогоявляется выходом блока и соединен синформационным входом счетчика импульсов и входом разрешения записи вычитающего счетчика импульсов, установочный вход формирователя угловойразвертки соединен с установочнымивходами счетчика импульсов и вычитающего счетчика импульсов, другой входкоторого является входом формирователя,3, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вычитания содержит три коммутатора,два узла памяти, четыре сумматора,два элемента ИЛЙ, четыре съема сравнения причем вход первого коммутатора является первым установочным входом блока вычитания, выходы первогокоммутатора подключены соответственно к входам узлов памяти, выход первого узла памяти соединен с первымвходом первого сумматора, второй входкоторого является вторым установочным входом блока вычитания, выходпервого сумматора подключен к первымвходам второго и третьего сумматороввторые входы которых объединены и являются информационным входом блока Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может найти применение в радио- и гидролокационных тренажерах и имитаторах. 5Известен имитатор диаграммы нап- . равленности, содержащий следящий привод, схему формирования огибающей диаграммы направленности и модулятор 1.Недостатками имитатора являются наличие механических узлов, невысокая точность, нереальная форма огибающей диаграммы направленности антенны и инерционность. 15Известен. также имитатор диаграммы направленности, содержащий генератор временной развертки и функциональный преобразователь2 .Этот имитатор обладает ограничен-. 20 ными функциональными возможностями: уровни максимумов одноименных боковых лепестков имитируемой диаграммы направленности, расположенных справа и слева от главного максиму вычитания, выход второго сумматорасоединен с первым входомвторого коммутатора, первым входом первой схемысравнения и первым входом четвертойсхемы сравнения; выход третьего сумматора подключен к первому входувторой и третьей схем сравнения ивторому входу третьего коммутатора,выход второго узла памяти соединен свторыми входами первой, второй схемсравнения и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которогоподключен к шине единичного потенциала, выход четвертого сумматора сое-,динен с вторым входом второго коммутатора, и третьим входом третьегокоммутатора, выход первой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертойсхемы сравнения, выход второй схемысравнения соединен с вторым входомвторого элемента ИЛИ, первый входкоторого соединен с выходом третьейсхемы сравнейия, третьи входы первогои второго элементов ИЛИ.и первый входтретьего коммутатора объединены и являются входом запрета блока вычитания, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственнок управляющим входам второго и третьего коммутаторов, выходы которыхявляются соответственно первым и вторым выходами блока. ма, всегда одинаковы, нет установкиисходных угловых положений антенныи цели, не имитируется вращениеантенны в обе стороны, нет возможности имитации неподвижной антенны, точность воспроизведения формы диаграм-мы направленности невысока. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройстводля моделирования диаграммы направленности антенны, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент И, реверсивный счетчик, блок вычитания и цифровое запоминающее устройство. Второй и третий входы элемента И являются первым и вторым входами устройства, второй, третий и четвертый входы реверсивного счетчика являются третьим, четвертым и пятым входами устройства, второй вход блока вычитания - шестым входом, и выход цифрового запоминающего устройства - выходом устройства. Известное устройство позволяет моделировать диПри этом блок вычитания содержиттри коммутатора, два узла памяти, четыре. сумматора, два элемента ИЛИ, четыре схеьы сравнения, причем вход первого коммутатора является первым установочным входомблока вычитания, выходы первого коммутатора подключены соответственно к входам узлов памяти, выход первого узла памяти соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого является вторым установочным входом блока вычитгчня, выход первого сумматораподк."ючен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых объединены и являются информационным входом блока вычитания, выход второго сукйатора соединен с первым входом второго коммутатора, первым входом первой схемы сравнения и пер- - вым входом четвертой схемы сравнения, выход третьего сумматора подключен к первому входу второй и третьей схем сравнения и второму входу третьего коммутатора, выход второго узла памяти соединен с вторыми входами первой, второй схем сравнения и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к шине единичного потенциала, выход чет-:. вертого сумматора соединен с вторым входом второго коммутатора и третьим. входом третьего коммутатора, выход первой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертой схемы сравнения, выход второй схемы сравнения соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьей схемы сравнения, третьи входы первого и второго элементов ИЛИ и первый вход третьего комму-. татора объединены и являются входом запрета блока вычитания, выходы первого н второго элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего коммутаторов,.выходы которых являются соответствеино первым и вторым выходами блока.На фиг.1.приведена схема предлагаемого устройства, на Фиг,2 - схема Формирователя угловой развертки; на Фиг.З - схема блока вычитания, на фиг.4-6 - поясняющие .диаграюы.устройство содержит генератор 1 импульсов, выход которого соединен с входом делителя 2 частоты с изменяемым коэффициентом деления, выход 3 устройства. Выход делителя 2 частоты подключен к первому входу элемента И 4 и счетному входу второго счетчика 9 импульсов, выход которого соединен с вторым входом элемента И 4 и с входом запрета блОка 6 вычитания. Выход элемента И 4 соединен с входом Формирователя 7 угловой разаграмму направленности любой формы,имитировать неподвижное положениеантенны и вращение ее в любую сторону 3 .Однако устройство не позволяет моделировать диаграмму направленностипри наличии протяженного объекта, вчастности, если объект представляетсобой дно илиповерхность моря, илиповерхность земли,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейустройства за счет моделирования диаграммы. направленности при наличиипрОтяженных объектов.поставленная цель достигается35тем, что устройство, содержащее генератор импульсов, первый счетчик импульсов, блок вычитания, элемент И, -выход счетчика импульсов соединен синформационным входом блока вычитания, первый выход которого соединенс входом первого цифрового запоминающего блока, дополнительно содержитделитель частоты срегулируемым коэфФициентом деления, Формирователь угловой развертки, второй счетчик импульсов, второй цифровой запоминающийблок, сумматор и два блока заданияначальных параметров причем выходгенератора импульсов соединен с вхо-дом делителя частоты с регулируемымкоэффициентом деления, выход .которого подключен к первому входу элемента И и к счетному входу второго .счетчика, выход которогосоединен с вторым входом элемента И и входом запрета блока вычитания, установочные входы первого и второго счетчиков им- .пульсов и формирователя угловой развертки .подключены к входу запускаустройства; выход элемента И соединен 40со счетным входом первого счетчикаимпульсов, первый и второй установочные входы. блока вычитания подключены к выходам первого и второго блоков задания начальных:параметров соответственно, второй выход блока вычитания соедйнен с входом второгоцифрового запоминающего блока, выходы цифровых запоминающих блоковподключены соответственно к входамсумматора, выход которого являетсявыходом устройства.Кроме того, формирователь угловойразвертки содержит последовательно.соединенные счетчик импульсов-, узелпамяти и вычитающий счетчик импуль.сов, выход которого является выходомблока и соединен с информационнымвходом счетчика импульсов и входомразрешения записи вычитающего счетчика импульсов, установочный входформирователя угловой развертки соединен с установочными входами счетчика импульсов и вычитающего счетчи ка импульсов, другой вход которогоявляется входом формирователя.65вертки, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика 8 импульсов. Входы установки счетчиков 5 и 8 импульсов и формирователя 7 угловой развертки подключены к установочному входу 9 устройства. Выход счетчика 8 импульсов соединен с информационным входом блока б вычитания, первый и второй установочные входы которого соединены соответственно с выходами первого 10 и второго 11 блоков задания начальных параметровВыходы блока б вычитания подключены к адресным входам первого 12 и второго 13 цифровых запоминающих блоков, выходы которых соединены 15 с входами сумматора 14, выход которого является выходом 3 устройства.Формирователь 7 угловой развертки содержит счетчик 15 импульсов, узел 16 памяти, нычитаюций счетчик 20 17 импульсов. Блок б вычитания содержит первый - третий коммутаторы 18- .20, первый и второй узлы 21 и 22 памяти, первый - четвертый сумматоры 23-26, первую-четвертую схемы 27-30 25 сравнения, первый и второй элементы ИЛИ 31 и 32.Перед началом работы устройства в цифровые запоминающие блоки 12 и 13 заносится идентичная информация о Форме диаграммы направленности, Число запоминающих ячеек определяется требуемой точностью формирования диаграммы направленности по углу и выбирается из соотношения где К=кг,где г - шаг установки расстояния,МеНа выходе управляемого делителя2 частоты формируется сигнал с частотойВ о К(где 1 - частота сигнала, вырабатыОваемого генератором 1 импульсов.При угловом разрешении Ь разностьнремени прихода соседних сигналов определяется соотношениемИГ 1Дф - фчС ИЕ 1 ЬПо этомУ же алгоритму функционируетформирователь угловой развертки. Изисходной регулярной последовательности импульсов с периодом Т 11 Г онформирует последовательность, в которой соседние импульсы разделены промежутками времени Ь ., где 1 - номер импульса.формирователь 7 угловой развертки представляет собой программируемый делитель частоты, Интервал времени между двумя соседними импульса-.ми угловой развертки можно представить соотношением д.о=гдесозд число, большее единицы. где Д - требуемое угловое разрешение, град; 40величина сектора, в котором уровни диаграммы направленности отличны отнуля.Величина выбирается таким образом,45 чтобы ф получилось целым Информационная емкость ячейки определяется требуемой точностью воспроизведения диаграммы направленности по уровню,Условно информация, записанная в блоки 12 и 13, показана на фиг.5, где по горизонтальной оси отложен номер ячейки Й , а по вертикальной- нормированный уровень диаграммы направленности. В ячейку с нулевым номером записывается код уровня нормированной диаграммы направленности, соответствующий границе сектора существования отличных от нуля уровней диаграммы направленности антенны при отсчете против часовой стрелки, как, 60 показано на Фиг.б.Через время ЬО=ЫС, где й - расстояние до объекта, С - скорость распространения иэлученного сигнала н среде, в точку расположения ацтейны 65 приходит отраженный сигнал, уровень которого определяется точкой пересечения перпендикуляра к плоскости объекта и уровня диаграммы направленности точка д на фиг.5 и 6). По мере распространения излученного сигнала в точку приема одновременно приходят отраженные сигналы от участков объекта, расположенных на одинаковых расстояниях и под одинаковыми углами справа и слева от перпендикуляра к плоскости объекта, Уровни этих сигналов определяются точками пересечения соответствующих лучей и диаграммы направленности (точки В , 8 на фиг.5 и 6 ). Ослабление сигналов от текуцей дальности не учитывается.Время прихода отраженных сигналов определяется соотношениемЫЮс- расстояние до-го участка объекта;4 - угол между перпендикуляром.к плоскости объекта и -м участком.Если объект иэотропен; выходной сигнал равен сумме сигналов одновременно приходящих справа и слева,В устройстве расстояние до объекта Кзадается коэффициентом деления К управляемого делителя 2 частоты. П и этомИз изложенного следует, что для получения интервала Мнеобходимо постоянный интервал времени Ь 1 ум 1 ножать на число 1 или, что тоже самое, Фиксировать моменты времени между соседними импульсами, следующими с частотой .= -1Таким образом , 1 представляет собой коэффициент деления входной частоты Тменяющийся с появлением 10 каждого выходного импульса формирователя 7 угловой развертки,Округленные до целых значения 1 записываются в узел 16 памяти. Сигналом "Пускп происходит обнуление суммирующего счетчика 15 и вычитающего счетчика 17; При этом из узла 16 выбирается ячейка с нулевым адресом, в котором записано число=1. В момент р поступает первый импульс частоты Г=о 1 Кон проходит на выход счетчика 17, записывает в него число 1 и увеличивает состояние счетчика 15 на единицу. При этом из узла 16 памяти выбирается ячейка с номером 1, в которую занесено число 1 . Так как 1 =1, второй импульс частоты УоК через интервал времени Ь 1 поступает на выход, заносит в счетчик 17 число 12 и добавляет единицу в счет- З 0 чик 15, После прохождения 1,2 импульсбв частоты Хр)( на выходе появляется следующий импульсФормируется интервал А Ь) и т.д. Последовательность импульсов на выходе формирова теля 7 угловой развертки показана на фиг.4.3Рассмотрим работу устройства при наличии бесконечно-протяженного объ екта. Сигналом, поступающим на вход 9, счетчики 5, 8 и формирователь 7 угловой развертки устанавливаются в исходное состояние. Разрешающий сигнал на элементе И 4 отсутствует и 45 импульсы частоты Г с выхода делителя 2 частоты не проходят на вход формирователя 7 угловой развертки. На блок 6 вычитания поступает сигнал запрета, при этом происходит выбор из цифровых запоминающих блоков 12 и 13 ячеек с номерами ф +1, в которых записан нулевой код. Сигнал на выходе 3 устройства в этом случае также.равен нулю. После поступления на счетчик 5 Й импульсов частоты Г , т.е. нерез время 1 о с момента подачи.сигнала на вход 9 устройства, на выходе счетчика 5 появляется разрешающий сигнал, открывается схема И 4, начинает работать Формирователь 7 угло- О 0 вой развертки и снимается сигнал запрета с входа блока 6 вычитания. На выходе, счетчика 8 формируется цифровой код, соответствующий углу с 4. ,с которого в данный момент времени при ходит отраженный сигнал. Блок 6 вычитания работает по алгоритму существует сигнал фЗапрет")ф+Ь+1 оаГ аГ =Гсотф7(существует сигнал фЗапрет)где Г и Г - сигналы в виде цифровогокода на первом и второмвыходах блока 6 вычитания;9:щЬ - информация об угловом положении максимума диаграммы направленности относительно границы сектора при отсчете по часовойстрелке ,ф- Ч(Ь - информация о величинесектора отличных отнуля уровней диаграммынаправленности антенны,5=/Ь - информация об угле наклона оси диаграммы направленности относительноперпендикуляра к поверхности объекта,1:ф/ - число на выходе счетчика8, определяющее угол, скоторого в данный моментвремени приходит отражен".ый сигнал.Значения 9 и ф характеризуют начальные параметры моделируемой антенны и подаются с блока 10, Величина Впоступает из блока 11.,Перед началом работы блока 6 вычитания информация о значениях ф и фчерез коммутатор 18 записывается взапоминающие узлы 21 и 22 .соответственно, В сумматоре 23 формируетсячисло В+9, которое поступает на первые входы сумматоров 24 и 25,. навторые входы подается число, с выхода первого счетчика 8 устройства.В сумматоре 24 осуществляется вычитание 1 из В+%, а в сумматоре 25 - сложение этих чисел. Выходной сигналсумматора 24.поступает на первые входы схем 27 и 30. сравнения и первыйвход коммутатора 19.,На второй еговход подается число ф +1 с выходасумматора 26. На второй входсхемы27 сравнения подается число ф , ана второй вход схемы 30 сравнениячисло "0". При выполнении неравенства Ф+Ь ф либо 9 6-1 с О, атакже при наличии сигнала "Запрет",элемент ИЛИ 31 Формирует сигнал, поддействием которого коммутатор 19 пропускает на выход число ф +1. При отсутствии сигналов на входах элементаИЛИ 31 на выход коммутатора приходит10 10"1 3966 40 дл Оус число 9+ В -при этом выполняетсянеравенство 0 9+ В -лФСхемы 28 и 29 сравнения, коммутатор 20 и элемент ИЛИ 32 служат дляаналогичной цели при формированиичисла Г,Под действием сигналов с выходовблока 6 происходит выборка ячеек сномерами, и Гиз цифровых запоминающих блоков 12 и 13 соответственно,Содержание ячеек, которое определяетуровни отраженных сигналов, приходящих в данный момент времени вточку приема, суммируется в сумматоре 14 и поступает на выход устройства в виде цифрового кода. емкость 15счетчика 8 выбирается таким образом,чтобы не происходило его переполнения при любых соотношениях между Фф, В,л , что обеспечивает однозначность работы устройства, 20Переход к новому циклу работы устройства осуществляется подачей сигнала "Пускф на вход 9 устройства, чтосоответствует имитации момента излучения зондирующего импульса. Под дей ствием сигнала "Пуск" устройство приходит в исходное состояние и черезпромежуток времени 4;О начинает Формироваться выходной сигнал,Использованный алгоритм работыформирователя угловой развертки позволяет имитировать меняющееся в ши-,роких пределах расстояние до объекта беэ перестройки узлов схемы. Ограничивая определенным образом число ячеек, выбираемых из цифровых запоминающих блоков, можно моделировать диаграмму направленности при наличии объектов конечной протяженности,Оперативно изменяя информацию ооугле наклона максимума диаграммы направленности можно имитировать угловыеперемещения антенны в процессе приемаотраженных сигналов,Используя цифро-аналоговый модулятор, на вход управления которого подается сигнал с выхода устройства, ана информационный вход - либо постоянное напряжение, либо отраженныйсигнал с учетом ослабления от текущейдальности, можно получить огибающуюдиаграмму направленности,в аналоговой Форме, либо отраженный сигнал,промодулированный огибающей.При наличии анизотропных объектовдля получения суммарного отраженногосигнала можно использовать два цифро-аналоговых модулятора, входы управления которых подключаются к выходам цифровых запоминающих блоков, наинформационные входы подаются соответствующие сигналы, а выходныенапряжения суммируются в аналоговом сумматоре,сПри необходимости оперативнойсмены информации о диаграмме направленности в качестве цифровых запоминающих блоков возможно применениеОЗУ, в которые информация заноситсяот специального внешнего вычислительного устройстваДостоинством предлагаемого устройства является возможность моделирования диаграммы направленности любойФормы с требуемой точностью.Указанные технические преимущест-ва позволят получить зкономическийэффект от увеличения объема информации и повышения точности приближениямоделируемой обстановки к реальнойпри исследовании систем.1013966игЗ есЬг уНИИПИ Заказ 3006/58 Тираж 704 Подписнофилиал ППП "Патент", г,Ужгород,ул.Проектная,4