Вычислительное устройство для управления лучом плоской антенной решетки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК15803 ц) 0 0 Е ИЭО ТЕН ИДЕТЕЛВСТВ Ю.А. Кле о СССР 1981 СССР 1985ао ычисл 0 1 Ч 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ А ВТОРСНСМ(56) Авторское свидетельствУ 1013967, кл, С 06 Р 15/20Авторское свидетельствоР 1329447, кл, С 06 Р 15/20 ТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛУУОМ ПЛОСКОЙ АНТЕННОЙ РЕ(57) Изобретение относитс тельной технике и может использовать ся в радиолокации для управления дво ичными дискретными фазовращателямк антенных решеток, Цель изобретения -е повышенйе точности за счет компенсации погрешности производственного разброса характеристик фазовращателей. Устройство содержит блок 1 у равления, блок 2 вычитания, координатно-множительные блоки 3, 4, де. шифратор 5, элемент И 6, реверсивные счетчики 7, суммирующие счетчики 8, группы 9 блоков управления фазовр щателем, блок 10 переключения фаз вращателей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.(4) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использованов радиолокации для управлениядвоичными дискретными фазовращателями антенных решеток,Цель изобретения - повышение точности эа счет компенсации погрешностейпроизводственного разброса характеристик фазовращателей.На фиг.1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - функциональная схема реверсивного счетчика;на фиг3 - функциональная схема суммирующего счетчика; нафиг.4 - функциональная схема сумматора;на фиг.5 -функциональная схема блока переключения фазовращателей; на фиг.6 - вариант подключения входов одного изтриггеров счетчика к входу параллельной установки; на фиг.7 - эпюрыНапряжений, поясняющие принцип работы устройства.Устройство. содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания, координатно-множительные блоки 3, 4, .дешифратор 5, элементы И 6, реверснвныесчетчики 7, суммирующие счетчики 8,группы 9 блоков управления фазовращателем, блок 10 переключения фазовращателей, входы 11-.16 и выход 17устройства, элементы И 181 19, элементы ИЛИ 20, 21, переключатели22, 23, элемент ИЛИ 24, триггеры25, элементы ИЛИ 26, вход 27 установки реверсивного счетчика, элемент ИЛИ28, триггеры 29, переключатели 30,31, элементы ИЛИ 32, 33, триггеры 34.регистра, сумматор 35, элементы И 36,входы 37, 38 элемента ИЛИ 28, управляющий вход 39 счетчика, установочный вход 40 счетчика, вход 41 параллельной установки, выход 42 счетчика, полусумматор 43 младшего разряда, сумматоры 44, входы 45, 46 сумматора 35, выход 47 сумматора, счетчик 48 старших разрядов, счетчик 49,элемент 50 задержки, вход 51 и выход52 блока 10,Переключатели 30, 31 счетчиков 8(фиг,З) и переключатели 22, 23 счетчиков 7 (фиг.2) установлены в такиеположения, чтобы сумма двоичных кодов начального состояния суммирующего счетчика ш-й строки (ш Я 1, М)и реверсивного счетчика и-го столбца(п В 1,Н) равнялась дополнительномудвоичному коду, соответствующемуначальной фазе возбуждения шп-го излучающего элемента антенной решетки, расположенногэ на пересеченииш-й строки и и-го столбца, плюс еди 5ница к (г-Р)-му разряду данного кода, где г - число разрядов счетчиков 7 и 8, Р - число разрядов дискретных фаэовращателей. Если, например, г = 4, р = 2, двоичный код начальной фазы возбуждения шп-го излучающего элемента равен 0110, то сумма двоичных кодов начального состояния суммирующего счетчика ш-й стро-,кии реверсивного счетчика и-го столбца должна быть 1100, Положения переключателей 22, 23 и 30, 31 в процессе эксплуатации антенной решетки неизменяются,Пусть, например, счетчики 7 и 820 четырехразрядные (г = 4), а применяемые в антенной решетке фазовращатели - двухразрядные (Р = 2), Пристрочно-столбцовом управлении принимается выражение для начальной фазы25 фн, в видеНач 30 где Х , У - координаты шп-го излучающего элемента;и - число членов ряда, определяемое требуемойточностью вычислений, 35 т.е. числом триггеров29 в счетчиках 8 итриггеров 25 в реверсивных счетчиках 7;С, - коэффициенты аппрок 140 симации.Выражение (1) можно представить1в виде 1 нюч (ш,п) = Имю(ш) + МКар(п) У(2) В результате расчетов по формулам (1)-(4) установлено, что при длине волны . =начальная фаза воз1580393 буждения элементов ш-й строки М(ш) щ 4,875 , а начальная фаза возбуждения и-го столбца И яЦп)3,125, или в двоичном коде соответственно Чншч(ш)0111, Яч(п)51001. В соответствии с этим йереключатели 30, 31 счетчика 8 ш-й строки должны быть установлены в такие положения, чтобы элементы ИЛИ 32, 33 были подключены к входу 41 парал. лельной установки, соответствующей3 К-й длине волны (К Ю 1,Ь) в соответ;ствии с двоичным кодом, дополнитель ным по отношению к коду У 1,ц(ш) =011, т. е. 1001, плюс единица ко 2-му разряду, т,е, 101. Это означает, что к входу 41 параллельной установки счетчика через элементы ИЛИ.32 должны быть подключены единичные вхо" 20 ды триггеров 34 1-го, 2-го и 4-го разрядов параллельного регистра, а через элементы ИЛИ 33 - нулевой вход триггера 34 3-го разряда регистра.На фиг.б показан пример подключения, входов од ного из триггеров 34 к входу 41 пареллельной установки, соответствующих рабочим длинам волн Л, - Л+, через элементы ИЛИ 32, 33 и переключатели 30, 31. 30Переключатели 22 23 реверсивно-, го счетчика 7 и-го столбца должны быть установлены в такие положения, чтобы элементы ИЛИ 20, 21 были подключены к входу.27 параллельной ус 35 тановки,соответствующей К-й длине волны, в соответствии с двоичным кодом, дополнительным по отношению к коду У п(п) = 1001, т,е, 0111.Это означает, что к входу 27 параллельной установки через элементы ИЛИ 20 должны быть подключены единичные входы триггеров 25 1-3-го разрядов,а через элементы ИЛИ 21 нулевой вход 4-го разряда, 45Ошибка установки фазового состояния шп-го фазовращателя, обусловленная производственным разбросом его характеристики, определяется,.2 РСлучайные ошибки(ш,п) компенсируются путем периодйческого переключения одновременно всех фазовращателей фазированной антенной решетки (ФАР) в очередное дискретное состояние с таким расчетом, чтобы за время пребывания луча ФАР в заданном направлении каждый фаэовращатель принял все свои дискретные состояния в течение одинаковых отрезков времени, а систематическая ошибка у н (ш,п) может быть скомпенсирована путем подбора фаэовращателей с равными систематическими погрешностями или путем установки в каждом канале ФАР дополнительного фиксированного фазовращателя, обеспечивающего (4,И,(ш,п) = сф ,(ш,п). Одновременное переключение всех фазовращателей ФАР осуществляется с помощью блока 10,Введение в коды управления фаэовращателями одинаковых значений фазы, равномерно распределенных в интервале (О,Щ), где др- дискрет переключения фазовращателей, осуществляется также блоком 10, Для каждого последовательного значения кода управления величина этой дополнительной фазы определяется соотноше- нием где С - количество зондирующих импульсов в данном положениилуча (С = 2 );К - номер дополнительного значения фазы, К = 0,1,2С.Если усреднение погрешностей измерений осуществляется по 6 зондированиям, то среднеквадратическая погрешность установки фазового состояния фазовращателя, вызванная дискретным характером управления, определяется соотношением что эквивалентно применению в антенне фазовращателей с дискретом переключения 4/С.1580393 15 20 2 йй оК-" -- , созо 1 Яф 25 излучатегде излучате 30ши 2и2 Устройство работает следующим об= разом.На вход 15 поступает двоичный код рабочей длины волны, в соответствии с которым на одном из выходов дешифратора 5 формируется сигнал "единица", поступающий на вход соответствующего элемента И 6,На информационные входы 13, 14 по ступают в двоичном коде числаК К 2 1 К=К "26Я1 1й " ф где О " число триггеров в первомкоординатно-множительномблоке;Я - число триггеров во второмкоординатно-множительномблоке,2 вд 6 К = -- - созД й - расстояние между лями в строке; Й . - расстояние между 6 лями в столбце;созд,совр - направляющие косинусы требуемого положения луча относительно осей прямоугольной системы координат, Расположенных в плоскости антенной решетки и ориентированных вдоль ее .строк истолбцов.На вход 16 и,на вторые выходы 40всех элементов И 6 от центральногопроцессора радиотехнического. устройства синхронно с зондирующими импульсами поступают импульсы управления,каждый из которых задержан относительно импульса "Пуск" на время, достаточное для установки исходного состояния реверсивных счетчиков 7 и суммирующих счетчиков 8 (фиг,7, эпюра"2"). Импульс управления через одиниз открытых (в соответствии с рабо-.чей длиной волны) элементов И 6 поступает на входы параллельной установки суммирующих счетчиков 8, реверсивных счетчиков 7, При этом триггеры 25 счетчиков 7 и триггеры 34счетчиков 8 устанавливаются в исходные состояния, соответствующиедополнительному коду исходной длины волны, С входа 10 импульс управления поступает на элемент 50 задержки.Зле мент 50 задержки осуществляет задержку импульса управления на время, достаточное для отработки блоком 1 команд "Пуск" и "Стоп", поступающихс центрального процессора радиотехнического устройства (фиг.7, эпюры "2" "5")ЭС приходом команды "Пуск" на выходе блока 1 формируется импульс сброса, который поступает на блок 2 вычитания, координатно-множительные блоки 3, 4 и устанавливает содержащиеся в них триггеры в нулевое состояние, Импульс сброса поступает также и на входы 40 счетчиков 8 и через открытые элементы И 36 (см, фиг.3) устанавливает триггеры 29 счетчиков 8 в состояние; соответствующее двоичному коду на выходе сумматора 35, Так как на управляющем входе 39 суммирующего счетчика в данным момент времени код соответствует уровням логических нулей (фиг.7, эпюра "5"), исходное состояние соответствующих разрядов триггеров 34 и 29 в каждом из счетчиков 8 будет одинаковым.На втором выходе блока 1 управления формируется сигнал записи кода, который поступает на вход разрешения записи блока 2 вычитания и разрешает запись двоичных кодов К, и К,На чертвертом выходе блока 1 управления формируется импульс умножения, который поступает на входы разрешения умножения координатно-множительных блоков 3, 4 и открывает их информационные входы на время прохождения импульсных посылок от блока 2 вычитания. Импульсы с третьего выхода блока 1 управления поступают на вход разрешения вычитания блока 2 и осуществляют считывание записанной в его счетчиках информации, в результате на первом и втором число-импульсных выходах блока 2 вычитания образуются импульсные посылки, число импульсов в которых равно К, и К. Эти импульсные посылки поступают соответственно на координатно- множительные блоки 3 и 4, где умножаются соответственно на величины(8) где(ш,п) - требуемое значение фазы излучения шп-го излучающего элемента, определяемое н соответствии с заданным по 55ложением луча как Получившиеся на выходах координатно-множительных блоков 3, 4 импульсные посылки, количество импульсон В которых Ку(ш 1) и К(п) пропорционально требуемым значениям фаз излучения строк и столбцов, поступают н суммирующие счетчики 8 и ренерсивные счетчики 7, где. суммируются с записанными ранее, в результате установки триггеров 29 и 25 в исход" ное состояние, величинами и е,ч (в) и М (и), представленными в дополниНачтельном коде, и величиной Дф 2 в суммирующих счетчиках 8, предстанленной единицей, добавленной к. (г-р)-му разряду. При этом реверсивные счетчики 7 сигналом записи с пятого выхода блока 1 управления установлены для счета в прямом направлении.С поступлением сигнала с шестого выхода блока 1 управления реверсивные счетчики переводятся в режим счета в обратном направлении. После этого с седьмого выхода блока 1 управления на счетные входы всех суммирующих счетчиков 8 и реверсивных счетчиков 7 начинают поступать импульсы, колигчестно которых равно 2 . Импульсы складываются с информацией в суммирующих счетчиках 8 и вычитаются из информации, записанной ц реверсивные счетчики 7, В момент, когда в и-м реверсивном счетчике сигналы на всех, кроме младшего, инверсных выходах триггеров 25 (фиг.2) принимают единичные значения, информация с выхода старших разрядов суммирующих .счетчиков 8 переносится к и-е блоки 9 управления фазонращателем. Из блока 9 информация поступает на дискретный фазовращатель, который принимает положение, определяемое выражени- ем ф(ш,п) = с 1 ЧЕпс х2 ьЧт(ш п - И нам(вдп) + 0 5 ЛЧд у (ш,а) = К(ш) + К (и) . (9) 80393 оК моменту поступления команды"Стоп" на вход 12 всех Мхй фазонращателей ФАР примут положения в соответствии с выражением (8). По истечениивремени задержки (1 , фиг.7), которое определяется элементом 50 задержки блока 10, на входы счетчиков 48 и49 поступит импульс, который изме 10 нит их состояние на единицу. дляварианта блока 10, представленногона фиг.5 (Р = 2, а, 2, С4), двоичный код на выходе 52 при поступлении первого импульса через время эа 15 держки равен 0101 (фиг,7, пюра "5").Этот код поступает.на входы 39 счетчиков 8, суммируется с записанными ранее н результате установки счетчиков в исходное состояние величина 20 ми И (ш) в дополнительном коде ин 6 чвеличиной Лц/2, после чего при подаче импульса на входы 40 счетчиков8 полученная сумма записываетсяна триггерах 29, Далее устройствовновь будет отрабатывать команды"Пуск" и "Стоп" при тех же значенияхК и К, н результате чего код фазового состояния всех фазовращателей ФАР изменится на величину фа 30 зоной подставки, код которой длянашего примера 0101,Следующий импульс управления вновьизменит код на выходе блока 10,кодфазовой подставки составит 1010, и35 т.д, С приходом же импульса номеркоторого равен С, счетчики 48 и 49блока 10 обнуляются (фиг.7, эпюран 5 и)В соответствии с изложенным код4 О управления фазовращателем шп.-гоизлучателя н предлагаемом устройстве определяется следующим выражением1" (й,п) = лепс х4Р а и) - Ч ущ(тп ф ОМРЮЯЧ(10)где 1 " номер фазовой подставки,50 поступающей н младшие разряды фазовращателя с каждымзондированием (1 = 0,1,22 Р);ц - дополнительное значение факзы тока возбуждения шп-гоизлучателя, определяемоесоотношением (6);= 8 (ш,п) - выражение н фигурных скобках определяет но= О, 1, 22 - 1,Выражение (8) является частнымслучаем выражения (10) при воздействии первого импульса управления,когда К = 1 = О, Поэтому при излучении первого из С зондирующих импульсов фазовращателя ФАР фаэовой 10подставки не получают,Фактическое значение фазы токавозбуждения шп-го излучателя определяется как 15)(ш,п) ф. (ш,п) +к еу (кЕ 1элФ(ш,п) - ,-аер 1, (12) 45 а ее усредненное по К и 1 значение(13) может быть скомупомянутых спопредставляет случайную велиТак как есист (ф ) пенсирована одним из собов, ошибка у (шп) собой центрированную чину, таким образом В рассматриваемом устройстве после установки фазовращателей в дискретные состояния в соответствии с ,заданным направлением Излучения и в соответствии с начальной фазой 25 М ч(ш,п), начиная со второго, кажНачдйй из импульсов управления, жестко связанных во времени с зондирующими импульсами радиотехнического устройства, переключает одновременно все 30 фазовращатели в очередное дискретное состояние с таким расчетом, чтобы за время пребывания луча ФАР в заданном направлении каждый фазовращатель принял все свои дискретные состояния в течение одинаковых отрезков времени. При этом ошибка в установкефазы тока возбуждения шп-го излучателя определяется как(14) Следовательно, управление фазовращателями ФАР посредством предложенного устройства приводит к компенсации погрешностей установки луча, обусловленных производственным разбросом характеристик фазовращателей,Формула изобретения 1, Вычислительное устройство для управления лучом плоской антенной решетки, содержащее блок управления, блок вычитания, два координатно-множительных блока, дешифратор, элементы И по числу рабочих длин волн устройства, реверсивные счетчики по числустолбцов антенной решетки, суммирующие счетчики по числу строк антенной решетки, группы блоков управления фазовращателем, причем входы "Пуск" и "Стоп" блока управления являются соответственно входами "Пуск" .и "Стоп" устройства, входы установки .в "0" координатно-множительных блоков и вход установки в "0" блока вычитания соединены с первым выходом блока управления, первые входы элементов И подключены к соответствующим выходам дешифратора, вход которого является входом кода длины волны устройства, выходы элементов И подключены к соответствующим входам параллельной установки ревер-. сивных и суммирующих счетчиков, второй выход блока управления подключен к входу ,разрешения записи блока вычитания, третий выход блока управления подключен к входу разрешения вычитания блока вычитания, первый и второй информационные входы которого являются соответствующими информационными входами устройства, первый и второй число-импульсные выходы блока вычитания подключены к информационным входам первого и второго координатно-множительных блоков соответственно, входы разрешения умножения которых подключены к четвертому выходу блока управления, пятый выход которого подключен к входам разрешения прямого счета реверсивных счетчиков, входы разрешения обратного счета которых подключены к шестому выходу блока управления, седьмой выход которогоподключен к счетному входу каждого реверсивного и суммирующего счетчиков -й информационный выход (д1, М, М - число строк антенной . решетки). первого координатно-множительного блока подключен к входу последовательной установки 1-го суммирующего счетчика, 3-й инфор" мационный выход (3 = Г, Я, Я - число столбцов антенной решетки) второго координатно-множительного блока подключен к входу последовательной установки 3-го реверсивного счетчика, выходы разрядов 1-го реверсивного счетчика, кроме старшего, подключены к соответствующим информационным входам 1-х блоков управления фазовращателем всех групп, первые управляющие входы которых подключены к выходу старшего разряда 1-го реверсивного счетчика, второй управляющий вход блоков управления фазовращателем 1-й группы подключен к выходу старшего разряда суммирующего счетчика, выходы остальных разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам блоков управления фазовращателем -й группы, информационный выход 3-го блока управления фазовращателем д-группы является 3-м информационным выходом5д-й группы устройства о т л иУч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности за счет компен, сации погрешностей производственного разброса характеристик фазовращателей, в него введен блок переключения фазовращателей, вход которого и вторые входы элементов И соединены с управляющим входом уст ройства, выход блока переключенияфазовращателей соединен с управляющими входами суммирующих счетчиковсоответственно, установочные входыкоторых подключены к первому выходублока управления.202. Устройство по п,1, о т л и. -ч а ю щ е е с я тем, что блок пе- реключения фазовращателей содержитсчетчик старших разрядов, счетчик и 25 элемент задержки, вход которогоявляется входом блока, а выход подключен к счетным входам счетчика старших разрядов и счетчика, выходы которых являются выходом блока,Редактор В:Данко Корректор С Заказ 2014 Тирах 571 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 1 О изводственно