Вычислительное устройство для управления лучом фазированной антенной решетки

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСН СПУБЛИН(9) 1)5 С 06 Г 15/2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 1144118, кл. С 06 Г 15/20, 1983,Авторское свидетельство СССР9 1150630, кл. С 06 Р 15/20, 1983.Авторское свидетельство СССРВ 1222088, кл. С 06 Р 15/00, 1984, 1580389 А(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕНН РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к вычисли тельной технике и может быть исполь эовано для управления лучом плоской фазированной антенной решетки с элек трическим сканированием луча, Целью изобретения является повышение быстродействия. Устройство содержит блок 1 определения угла места, блок 2 дешифрации азимута, блоки 3 элементов запрета, шины 4 связи, регистры 5 излучателей, выходы 6, шины 7, 8 связи, входы 9, 10 устройства,з,п. ф-лы, 12 ил,50 где Х - расстояние между элементароными излучателями по ОсиХ (фиг,4);Ч - расстояние между элементароными излучателями по осиУ (фиг,.4); Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для управления лучом плоскойфазированной антенной решетки (ФАР).Целью изобретения является повышение быстродействия.На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока управления угла 1 рместа; на фиг.З - принципиальная. схема вычислителя; на фиг,4 - размещение элементарных излучателей ФАРразмером ЗхЗ излучателей;на фиг.5 -пространственное положение диаграм-.мы направленности антенны;на фиг,6 -функциональная схема умножителя надва; на фиг,7 - функциональная схема умножителя на три; на фиг.8 -принципиальная схема элемента запре О.та; на фиг.9 - функциональная схемаблока дешифрации азимута;на фиг 10 -временная диаграмма работы устройства; на фиг.11 - функциональнаясхема коммутации; на фиг.12 - блоксхема программы вычислителя.Устройство содержит блок 1 определения угла места, выполненный намикропроцессоре, блок 2 дешифрацииазимута, блоки 3 элементов запрета,шины 4 связи, регистры 5 излучателей,выходы б,шины 7 связи, шины 8 связи,входы 9, 10 устройства, вычислитель11, регистр 12, связь 13, узел 14.умножителей, умножитель 15 на два,умножитель 16 на три, микропроцессор, 3517, буферный регистр 18, узел 19 сопряжения, узел 20 постоянной памяти,элементы И-НЕ 21-23, входы 24-28 вычислителя 11 выходы 29-31 вычисли40теля 11, элементы ИЛИ 32-34, элементы И 35, 36, регистр 37, дешифратор38, элементы И 39-47 На фиг,4, 5указаны координатные оси 48-50Устройство работает следующим об 45разом,Фаза колебаний, подаваемых на элементарные излучатели, вычисляетсяпо формуле(2) Вычислительный блок 11 вычисляет значение 2 Й 6 сов/Л, которое представляет собой набег фазы, подаваемый по шине 8,1 на излучатель с номером и= 1 (излучатель 11.1 на фиг,4), Это же значение, умноженное на два (для и = 2) умножителем 15, передается по шине 8.2 на излучатель с номером и = 2 (излучатель 11.1 на фиг,4). На излучатель с и3 (излучатель 11. 1 на фиг.4) поступаетзначение, снимаемое с шины 8,3 (фиг,2) и умноженное на 3.Для случая, когда излучение по у направлено по оси 50 (т.е. у= О), излучатели на фиг,4 имеют следующую нумерацию: излучатель 11.1 имеет номер и = 1, излучатель 11.2 имеет номер и = 2 и 11,3 излучатель имеет номер и= 3. Так как излучатели 11.1, 12.1, 13.1 (фиг,4) лежат на перпендикуляре к направлению по то набеги фаз, вычисляемые для них,одинаковы, т.е. все они для данного направления излучения имеют один иФтот же номер и1. Точно так же излучатели 11,2, 12.2, 13.2 имеют номер и = 2, а излучатели 11.3, 12,.3, 13,3 имеют номер и = 3 и значение фазы вычисленное в блоке 1 (и= 1) и выдаваемое на шину 8,1 (фиг.2), должно быть передано на излучатели 11.1, 12, 1, 13. 1. Значение фазы, вычисленное для и= 2 (шина 8.2 на фиг,2); должно быть передано на излучатели 11,2, 12,2, 13.2, а значение, вычисленное для и= 3 (шина 8,3 на фиг.2) - на излучатели 1 1,3, 12.3, 13.3.Это значение фазы (трехраэрядный код для рассматриваемого примера) передается не на сам излучатель, а на регистр 5 соответствующего иэлу" длина волны. электромагнитногб ксчебания излучаемогоФАР;и - номер излучателя по оси Х(фиг.4);и- номер излучателя по оси У(фиг.4);- угол места луча ФАР (фиг.5);ц - угол азимута луча ФАР1580389 5чателя. Трехразрядный регистр (дляпримера) 5.1.1 соответствует излу- .чателю 11,1, регистр 5.1.2 - излучателю 11.2, регистр 5,1.3 - излучателю 11,1 и т,д, Количество регистров 5 соответствует количеству излучателей.Итак, для направления по оси 50(фиг,5) должен сохраняться следующий порядок соединения выходных шинблока 1 и соответствующих им регистров,Для угла р = 0 (направлениепо оси 50 .на фиг,5);шина 8.1 (фиг,4) соединяется сизлучателями 11, 1, 12, 1, 13. 1 (с регистрами 5,1,1, 5.21, 5.3.1);шина 8,2 (фиг,4) соединяется сизлучателями 11.2, 12,2, 13.2 (с регистрами 5.1,2, 5.2.2, 5.3.2);шина 8,3 соединяется с излучателями 11.3, 12.3, 13.3 (с регистрами 5.1.3, 5.2.3, 5,3.3),Для угла у= Г/2 (направлениепо оси 48 на фиг.5):шина 8.1 (фиг,4) соединяется сизлучателями 13.1, 13.2, 13.3 (с.регистрами 5.3.1, 5.3.2, 5.3.3);шина 8,2 соединяется с излучателями 12.1, 12,2, 12,3 (с регистрами5.2.1, 5.2,2, 5,2,3);шина 83 соединяется с излучателями 11,1, 11.2, 113 (с регистрами5.1.1, 5,12, 5.1,3),Для угла у = н (направление пооси 49 на фиг,5):шина 8, 1 (фиг,4) соединяется с излучателями 11,3, 12,3, 13,3 (с регистрами 5,1.3, 5.2.3, 5.3.3);шина 8.2 соединяется с излучателями 11.2, 12,2, 13.2 (с регистрами5. 1.2, 5.2.2, 5,3.2);шина 8.3 соединяется с излучате-"лями 11. 1, 12, 1, 13, 1 ( с регистрами5.1.1, 5.2.1, 5.3.1). Блоки 3 элементов запрета (фиг.11) выполняют это соединение для трех положений 48-50 (фиг.5) луча по углу (р, Значение углапоступает на вход 1 О блока 2, Это значение заносится в регистр 37 (фиг,9) и на одном из трех выходов (по числу положений луча по ) появляется единичный управляющий сигнал, который и управляет соединением выходных шин 8 блоха 1 (фиг,2) с соответствующими регистрами 5. 5 10 15 20 25 30 35 4 С 45 50 55 ЬСхема коммутации шин 8 блока 1и выходных шин 4 приведена на фиг.11.Здесь шины 8 и 4 трехпроводные, шины7 однопроводные, а в узлах коммутационной матрицы размещены элементызапрета,Пусть на вход 9 блока 1 поступает код угла с 1,такой, что на выходнойшине 8,1 ему соответствует двоичныйкод 2 (010), На шине 8. 1. 1 нулевойсигнал, на шине 8,1.2 единичный сигнал, на шине 8,1.3 нулевой сигнал,Тогда на шине 8,2 будет код, соответствующий удвоенному значению кода шины 8,1, т.е, код 4 (100). Онрасположится так, что на шине 8.2.1будет единичный сигнал, а на шинах8,2,2 и 8,2,3 - нулевые сигналы. Нашине 8.3 будет утроенное значение кода по сравнению с шиной 8.1, т.е.код 6 (10), на шинах 8.3.1, 8.3.2единичные сигналы, на шине 8,3,3нулевые.Пусть на вход 10 блока 2 поступает сигнал ( такой, что имеет место направление по оси 50 (фиг,5)излучения антенны. Это соответствуетединичному сигналу на выходе 7,1блока 2, На выходах 7.2, 7,3 нулевыесигналы,Единичный управляющий сигнал пошине 7,1 открывает (фиг,11) элемент3,1,3 и шина 8,1 подсоединяется кшине 4.1, При этом код 010 с шин8, 1,1-8,1.3 передается на шины 4,1,44.1.6 и заносится в регистр 51,так как вторые входы схем 4.1.44,1.6 запрета открыты по второму входу разрешающим сигналом с шины 7,1,Аналогично отрываются элементы 3,3.3и 3.6,1 запрета (фиг,11), шина 8,1соединяется через них с шинами 4.4 и4.7 соответственно и код 010 заносится в регистры 5,2,1; 5,3,1,Аналогично этим же единичным управляющим сигналом с шины 7.1 открываются элементы 3.2,2, 3,6,2, 3,9,2и шина 8,2 с удвоенным значением набега фазы соединяется с шинами 4,2(регистр 5, 1.2), 4,5 (регистр 5,2,2)и 4,8 (регистр 5,32).Шину 8,3 с утроенным по сравнениюс шиной 8.1 значением фазы тем жеуправляющим сигналом шины 7.1 соединяют с шинами 4.3 (регистр 5.1.3),4.6 (регистр 5.2.3)и 4.9 (регистр1580389 Таким образом, элементы запрета на фиг.11 соединяют регистры излучателей с такими полюсами блока 1, что задает требуемое направление излу 5 чения антенны по углу ц. Блок 2 определяет требуемое соединение, выдавая управляющие сигналы для рассматриваемого примера на шины 7.1-7.3. Вычислитель 11, который вычисляет зна чение набега. фазы 2 Й сов( /В,представлен на фиг.3. Он имеет в своем составе микропроцессор 17, выполненный на БИС К 580 НК 80, узел 19 сопряжения (параллельный программируемый .15 интерфейс), выполненный на БИС К 580 НК 55, буферный регистр 18, выполненный на БИС К 589 НР 12, узел 20 постоянной памяти, выполненный на БИС К 573 РФ 1, элементы И-НЕ 21-23,выпол ненные на НС К 155 ЛИ 1, Вычислитель реализует программу, структура которой показана на фиг.12.В произвольный момент времени с на вход 9 блока 1 поступают новые 25 значения ф, а на вход 10 блока 2 - новое значение величины р. Сразу же после появления кода углас задержкой на срабатывание регистра 37 и дешифратора 38 на одной из шин 7 (для 30 рассмотренного примера на шине 7.1) появляется в момент единичный управ 4 ляющий сигнал. На шине 7.1 он сохраняется до тех пор (момент с),пока требуемый код с шин 8 не будет занесен в регистр 5. После появления в момент с, новых значений в,и 1 начинает вычисления вычислитель 11(фиг.12). После окончания в момент с цикла вычисления на выходах вычисли теля 11 (на входах регистра 18 фиг,10) появляется вычисленное значение 2 Ю сов Ч,/Л, С небольшой задержкой,(на время срабатывания умножителей) появляются удвоенные и 45 утроенные значения фазы на шинах 8,2 .и 8,3 в момент с , С задержкой на время срабатывания элементов запрета коц с шин 8 поступает в момент г. на шины 4 и через время срабатывания триггеров этот код заносится в регистр 5 в момент времени С. Сохранрние кодов на шинах 8 и управляющего сигнала на одной из шин 7 гарантирует надежное занесение кодов с шин 8 в регистры 5. В регистрах 5 код набега фазы сохраняется до момента с нового цикла работы устройбства при новых ,,значениях углов и длины волны излучения антенГВычислитель 11 работает следующим образом. В начале работы по начальному пуску происходит настройка ввода-вывода, для чего из узла 20 извлекается информация, в соответствии с которой определяется направление передачи информации через узел 19 сопряжения (параллельный программируемый интерфейс). Затем начинают выполняться команды программы (фиг,12), Первой выполняется команда ввода с входа 9 кода места . и кода Я . После этого происходит сравнение введенных в предыдущем тактеи Я с вновь введенными. Если хотя бы одно изи Я отличается оти 3, то переменным 4 и Я присваиваются новые значенияи по коду в из узла 20 читается значение произведения 2 Й( сов ,. В узле 20 записано это произведение длякаждого кода , После этого из узла 20 читается по коду / значение Я и происходит в микррпроцессоре 17 вы(числение выражения 2 Х ф / 3 . Затем происходит выдача полученного результата на выходы 29. На этом цикл работы вычислителя 11 заканчивается и вновь происходит проверка, не изменились ли значенияи Л на входах 9,ф о р м у л а и з о б р е т е н и я1, Вычислительное устройство для управления лучом фазированной антенной решетки, содержащее блок определения угла места и регистры излучателей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок дешифрации азимута и блоки элементов запрета, выхоцы которых соединены с входами регистров излучателей соответственно, выходы которых являются выходами устройства, первый и второй инФормационные входы устройства со" единены с информационным входом блока определения угла места и с информационным входом блока дешифрации азимута соответственно, выходы блока определения угла места и блока дешифрации азимута соединены с соответствующими входами блоков элементов запрета.2. Устройство по и.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок опре 9 158038910 деления угла места содержит вычисли- информационным входом блока, выход ретель, умножитель на два, умножитель гистра подключен к входам умножителя на три и регистр, входы которого со- на два .и умножителя на три, выходы1единены с выходами вычислителя соот.- которых и выход регистра являются5ветственно, вход вычислителя является выходами блока.1580389 5:8,2 г.Ю Составитель А.Жереноваккор В.Данко Техред Л,Сердюкова ат орректо сное и ГКНТ СССР по -3 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород гарина, 101 Заказ 2014 Тираж 571ВНИИПИ Государственного комитет113035, Москва,обретениям и открытиямРаушская наб., д. 4/5