Приемная фазированная антенная решетка

Сг)1 Э СОЕЕ т СкиХсоцил 1 истических 9) ( ) 707 СПУБДИ 3 26 1)5 пг 1 и Гк) ПИСАН тенн ного 4 пои бусуддгстееюый комитет изОБретениям и ОткРьтия К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Таганрогский радиотехнический институт им, В Д.Калмыкова(56) Патент ЯпонииМ 58-94853, кл. Н 01 0 3/34 1984,Самойлов Л,К. Электронное управление хсактерист; хами направленности ан - Л.: Судостроен.е, 1987 с. 118 - 127.Патент СШАМ 4166999, кл. 0 01 5 380, 1979. (, П"11 6 РНАЯ ФАЗИРОВАННАК АНТЕ НН Я :-.ЫЕТКА157) Иог.ре ение относится к гидролокации и может быть использоваться в гидроакустических стзнц,;ях для фоомирсвания веера лучей Г 4 элементной фазированной антеннои решетки. Цель изобретения - увеличение ширины полосы обработанных сигналов и одновременное формирование веера лучей в заданном секторе углов. Устройство содержит М преобразователей 1, первый 8.1 и второй 8,2 квадратурные каналы формирования луча, каждый из которых содержит блок памяти 13 и накапливающий сумматор 15, последовательно соединенные мультиплексор 9, устройство 10 выборки и аналого-цифровой преобразователь ,цель достигается введением в ус 1 ройство М комплексных демодулаторов 2, блока 5 управления конвейерной обработкой информации, генератора 6 тактовых импульсов и фаэово. го множителя 7, а в каждый из квадратурных каналов 8 формирования луча - буфер запоминающего устройства 12, блока 1 стоянного запоминающего устройства ферноо регистра 16 4 ил.Изобретение относится к гидролокациии может использоваться е гидроакустических станциях для формирования веера лучей Й-элементной фазированной антеннойрешетки(ФАР). Для плоской приемной ФАРможет формироваться веер лучей либо в угломестной плоскости (гидролокаторы бокового обзора), либо в азимутальной(панорамные гидролокаторы).Цель изобретения - увеличение ширины полосы обрабатываемых сигналов и одновременное формирование евера лучей взаданном секторе углов,На фиг. 1 представлена структурнаяэлектрическая схема предлагаемой приемной ФАР; на фиг, 2 - расположение преобразователей линейной антенной решетки ихарактеристики направленности одновременно формируемых лучей; на фиг, 3 и 4 -временные диаграммы процессов в различных точках приемной ФАР,Приемная ФАР содержит (фиг, 1) г преобразователей 1, М комплексных демодуляторов 2, управляющие входы которыхсоединены с входами 3 и 4 первого и второго опорных сигналов соответственно, блок5 управления конс(ейерной обработкой информацсди, генератор б тактовых импульсов,фазовый множитель 7, первый 8 и второй82 квадратурные каналы формирования луча, каждый иэ которых содержит мультиплексор 9, устрсйство 10 выборки,аналого-цифровой преобраэова 1 ель 11, буферное запоминающее устройство (ЗУ) 12,блок 13 памяти, блок 14 постоянного запоминающего устройства, накапливающийсумматор 15 и буферный регистр 16Премная ФАР работает следующимобразом.Рассмотрим плоскую прямоугольнуюприемную ФАР, у которой все элементы постолбцам (или строкам) соединены вместе,Этот случасй соответствует приведениюпрямоугольной ФАР к линейной, у которойлуч может сканировать лишь по одной издвух координат: азимуту или углу места,Плоская волна (фиг. 2) падает на линейнуюрешетку из М преобразователей, которыерасположены равномерно по оси х с интервалом с (обычно половина длины волны, т.е,А/2), Пусть а - угол падения волны, тогдасигнал, принимаемый -м преобразователем, будет представлять собой задержанную во времени копию сигнала э(с),принимаемую (1+1)-м преобразователем(предполагается отсутствие других сигналов и шумов), на величинуД 1 =- ьпа =- зпа =-;-, (1б А ь)п ас 7 с 7%где с - скорость звука в воде;10- центральная частота спектра принимаемого сигнала,Для приема сигнала, приходящего под 5 углом а (в акустике принят термин - "компенсация антенны е направлении" а), необходимо сформировать сумму и(И-Т д.(И и(ддиди(ии)ддии (д ) и 35где У(а, 1) - комплексная огибающая сигнала на выходе приемной ФАР, скомпенсированной в направлении а.Используя формулу Эйлера, запишемпроизведение комплексных функций в выражении (4) в алгебраической форме О45 Л"ьс(др(.,ы,М 1-Лс(.ь) Д,йь)3"(2)В гидролокации начальная фаза приходящих сигналов всегда является случайной.Цифровое формирование характеристик на правленности (веера лучей) е этом случаедля уменьшения объема используемого оборудования целесообразно выполнять на нулевой частоте с использованием синфазной (косинуснод) и квадратурной (синусной) со ставляющих принимаемых сигналов. Чтобыполучить алгоритм работы предлагаемой приемной ФАР, перейдем от вещественного э(т) к аналитическому 2(т) сигналу и выделим его комплексную огибающую 25 В(т) 2 (1)=А(С)Ехр(/ В 1, тсгдаф-с Л с) - 2(1-с Л 1)=Х(т-с Ьс)ех рЦ оь (1-сЛ 1 И.Комплексная огибающая сигнала М-гопреобразователя имеет видА),(с)=А(сс Л с)ехр(- и)с)с Л с). (3)30 Подставляя формулу(3) и выражение (2),получимзапись следующей группы кодов М косинусных составляющих сигналов преобразователей ФАР,На интервале (То, 18) блок 131 памяти переводится в режим считывания (фиг. 4 м) и на этом интервале вся записанная информация (М отсчетов) считывается М раз (по числу формируемых лучей), В описываемом примере формируется Млучей из Мвыборок, в этом случае на адресной шине информация сменяется МВ 4-16 раэ (фиг. 4 н,интервал (То, 1 вАналогичные процессы происходят и в канале обработки синусных составляющих сигналов преобразователей приемной ФАР. Таким образом, на выходах блоков 131 (фиг, 4 о) и 132 памяти имеем циклически повторяющиеся (М раз) последовательности кодов отсчетов квадратурных составляющих сигналов преобразователей ФАР, соответствующие предыдущие интервалу (10, То) дискретизации.В гидролокационных антенных решетках число преобразователей М обычно невелико и не превышает нескольких десятков (для "строчной" или "столбцов" ФАР), ширина спектра используемых сигналов не превышает нескольких килогерц). В этом случае целесообразно перейти от параллельного выполнения операций алгоритма (6) к последовательному, что дает возможность максимально использовать высокое быстродействие современно% цифровой элементной базы с пропорциональным (числу М) упрощением устройства. На Формирование выходных отсчетов кеадратурных составляющих одного из лучей отводится время То/М. За это время выполняются (для одного луча) все операции алгоритма (6).Операции умножения и сложения е квадратных скобках алгоритма (б) выполняются фазовым множителем 7, который содержит четыре перемножителя, сумматор и еычитатель, На его первый и второй входам соответственно поступают циклически повторяющиеся последовательности кодов отсчетов косинусной (фиг. 4 о) и синусной составляющих сигналов преобразователей ФАР, на третий и четвертый вкоды - коды коэФфициентов соьул - 1(гп) (1 г 4 п) и дав 1(п) с выходов блоков 141 и 142 постоянного запоминания, которые управляются шиной адресов, поступающих с шестого блока 5 управления (фиг. 4 н), Весовые коэффициенты выдаются в таком порядке: й коэффициентов первого луча, затем Й коэффициентов второго луча и т.д, В нашем примере косинусные коэффициенты первого луча произвольно выбраны такими: 1, -2, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2,-1. второго луча; 2, 1.-1,-2; третьего луча; -1, 2, 1, -2; четвертого луча: 1, -2. -2, 1 (фиг, 4 п), на (8+1)м такте выдаются нули (интервал (т 4, То), фиг. 4 п).На фиг, 4 р показано частичное произвв. дение Ас(1-1)сов р, еы исленное для отсчетов сигнвлов (фиг, Зз) и выбранных значений коэффициентов всех четырех. лучей. На фиг. 4 с показана диаграмма процесса на косинусном выходе фазового множителя 7, на фиг,4 т - на синусном выходе фазового множителя 7, соответствующая выражениям в квадратных скобках алгоритма (6), вычисленная последовательно для всех четырех лучей (в нашем примере) с использованием весовых коэффициентов, определяемых формулами (7),Коды отсчетов процессов с выходов фазового множителя 7 поступают на вход накапливающих сумматоров 151 косинусного канала и 15 г синусного канала, которые реализуют операцию суммирования алгоритма (6). Сложение каждого нового отсчета с уже хранящейся суммой синхронизируется импульсами, поступающими с восьмого выхода блока 5 управления (Фиг 4 у) на вход "Запись накапливающего сумматора. После сложения М последовательно поступавших отсчетов содержимое накапливающих сумматоров 15(фиг. 4 ф, х) переписывается в буферные регистры 16) фиг, 4 ч, щ) импульсое, поступающим на вход "Запись" буфер.ных регистров 1 б с седьмого выхода блока 5 управления (фиг. 4 ц), а затем накапливающие сумматоры 15 сбрасываются в нуль импульсов сброса (фиг. Зж), поступающим на вход "Сброс" с второго выхода блока 5 управления.Таким образом. в соответствии с алгоритмом (6) на выходах буферных регистров 16 с точностью до постоянного множителя 1/М сформированы кеадратурные составляющие отклика первого луча (интервал времени (т 5, 1), фиг, 4 ч, щ), затем второго (интервала (тб, 17, третьего (интервал (т 7, те и четвертого (интервал (та,2 Т 0, Последовательная во времени выдача сигналов различных лучей весьма удобна при использовании. например, телевизионных мониторов для отображения гидролокационной информации. В этом случае вдоль строки отображаются выходные сигналы веера лучей, а пауза в выходных сигналах (интервал (То. т 5), фиг. 4 щ) может использоваться для обратного хода электронного луча индикатора монитора,Известно, что если луч антенной решетки формируется путем введения временных задержек е сигналы преобразователей, ог 1707666 10раичея на ш 1 рину полось сд 1 гндла принципиально о-су стеуют, Еслд. луч антенной решетки формируется при помощи фдэовращателей, то ширина полосы частот,в процентах) примерно равна ширине луча (в градусах). В предлагаемой приемной ФАР использован колбинированный метод формироегнд,я веера лучей в заданном секторе углов; антенная решетка в направлении биссектрисы заданного гектора компенсируется введением временных задержек составляющие сигналое преобразователей, обусловленных последовательным во времени "Опросом" преобразователей, реализуемым мультиплексорами, далее веер лучей относительно направления компенсации (биссе ктрд 1 сы сектора) формируется фаэовым методом. В наихудшей ситуации, когда сектор обзора равен удвоенному углу компенсации, отсчитанному относительно нормал к ФАР, угол наибольшего отклонен,я луча е предлг;де лол устройстве в деа раза меньше мдксд мдльного угла отклонения луча (при обзоре того же сектора) в устройствгх с фазоврэщателями, что позволяет вдвое угеличить ширину полосы сигналов, обргбатыеаелых ФАР,С помощью предлдгаеод приемной ФАР может бь ть сформирован веер лучей, лежащ х в секторе слева с норлали фиг, 2).- этг с .;ленаетса нд дрдвленд,е "опороса" л,; типлелсорое 9 и вели дины коэффициент:е хпдчилых е блоках 14 постоянного зэпсхдндющео устройст еа причем. При опзнал перед углом а изменяется на противоположный. Луи веера левого и правого секторое могут еыисляться ео врелени посл:дс дательно е течении и тереа;д дискретдэг ции То. 45 50 55 Формула изобретениярдеига3 роеэнна я д" - ндя редьст д с, риф.д, . . Г 4 пресь г эедтелей, переьй и второ, лдадратуные канглы формирования луча каждый из котор х содержит блока памяти и накапливающий сумматор, последовательно соединенные мультиплексор, устройство выборки и аналого-цифровой преобразователь, о т л и ч ею щ а я с я тем, что. с целью увеличения ширины полосы обрабатываемых сигналов и одновременноо формирования веера лучей в заданном секторе углов. введены И комплексных демодуляторов, блока управ 5 10 15 20 25 30 35 40 генератор тактовых импульсов и 4 дзоеый множитель, а в лаждхй из кеддрэ 1 урных кг.налов формирователя луча - буф ерное яапо.микающее устройство, блок посг; я ного запоминающего устройства и буфер н ь регистр, при этом выход каждого иэ М преобразователей соединен с входом соответствующего комплексного демодулятора, первый выход которого соединен с соответствующим входом мультиплексора первого квадратурного канала, вторсй выход - с соответствующим входом мультиплексора второго квадратурного канала, первый и второй управляющие входы комплексных демодуляторов являются соответственно входами первого и второго опорных сигналов, выход аналого-циФрового преобразователя соединен через буферное эапо.минающее устройство с блоком памяти, выход которого соединен с соотве ствующим входом 1 азового лнсжитела, первый и второй выходы которого соединены с входом соотеетствуюгцего накапливаю,его сумматора, вьход которсо сседд нен с вко. дом буферного регистр д, выход которого является выходом соотее 1 сте ошего квддратурного канала первый выход г."ела управления конвейерной обрэг.ст.сд формации соединен с ддГесньл входали луьт иплсксс,"св и буф ерн ы х здпомдчдь". щих устройств, втсрсй еьход соедичен с упрдьлающим вхс;,см усрссте выборки д3 ров, третий выход - с ехсдсл Запуск гналого-цифровых пр обрдэоедте "ей, четвертый выход - с еод:м Здпд;сь, сд -ь. вание" буферных эдголд; д.,щих устрсдсте, пятый выход - с входом За 1 дсь/счд -ывание блоков памяти а шестой выходнен с ддресныли еодг;., блоков пд =- и блоков постсаннык - :. -ственно с треть и ч=:ргыь е.;-;м," фазового лножнелс ПГ., - - -.; -, д е годы блоков памяти являю са ело,",длди магд шик рдэрадсе (и= с", , , дд ;. - -:.,- -дблока управления конвейерной обрестлод информации, седьмой выход котороо сое. динен с входом "Запись буферных р и.тров, а восьмой выход - с входом Запись накапливающих сумматоров, вход блсла управления конвейерной обработкой д;нформации подключен к выходу генерэтсра тактовых импульсое.1701666 Т Юу еда кто н изводственн Заказ 270 8 НИИСоставитель К,ФилатовТехред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая Тираж ПодписноеИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4/5 льский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 1 О 1