Вычислительное устройство для управления лучом плоской антенной решетки

 

1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСЦВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ПЛОСКОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ, содержащее блок вычитания , два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления, входы которого яв- . ляются управляющими, входами устройства , а .-выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчиков строй и реверсивных счетчиков столбцов, выходы блока вычитания подключены соответственно . к информационным входам первого и второго координатных множительных блоков,выходы первого координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами суммирующих счетчиков строк, выходы . второго координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход первой группы выходов каждого сум1 рующего счетчика строк подключен к перВым входам элементов И соответствующих групп, каждый выход второй группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к входам .соответствующего корректирующего у зла, выходы которых подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И -соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства, о тли чающее тем, что с целью упрощения,оно содержит блоки формирования стробирующих импульсов, информационные входы первой группы каждого из которых соединены с прялыми выходами соответствующего реверсивного счетчика столбцов , информационные входы второй группы соединены с инверсными выходами реверсивного счетчика столбцов, выход сигнала считывания блока управления соединен с входами разрешения О) счиГывания реверсивных счетчиков столбцов и блоков формирования стробирующих импульсов, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами соответствующих коммутирующих узлов. 2. УстройЬтво по П.1, о т л и чающееся тем, что блок формирования стробирующих импульсов содержит элементы ИЛИ и элементыИ, информационные входы которых соединены со ю о: соответственно с первой и второй группами информационных входов блока , а управляющие входы.подключены к входу разрешения считывания блока, выход каждого элемента И, кроме перч вого, подключен к первому входу соответствующего элемента ИЛИ, выходы которых и выход первого элемента И являются выходами блока, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход каждого последующего элемента ИЛИ соединен с выходом предыдущего элемента ИЛИ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

З(5П G 06 F 15/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3363750/18-24 (22) 09.12.81 .(46) 23.04.83. Бюл. 9 15 (72) Ю.A. Шишов, В.A. Ворошилов и В.П. Лобов (53) 681 «325 ° 22(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР .

Р 335692, кл. С 06 Р 15/20, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9 793154, кл. G 06 F 15/20, 1979 (прототип). (54)(57) 1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТ;

ВО ЦЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ПЛОСКОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ, содержащее блок вычитания, два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления, входы которого являются управляющими входами устройства, а,выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчиков строй и реверсивных счетчиков столбцов, выходы блока вычитания подключены соответственно к информационным входам первого и второго. координатных множительных блоков, выходы первого координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами суммирующих счетчиков строк, выходы . второго координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход-.первой группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к первым входам элементов И соответствующих групп, каждый выход второй группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к входам соответствующего корректирующего узла,выходы которых подключены к первым входам

„„SU„„1013967 А соответствующих коммутирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов

H ..соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства, о т л и ч а ю щ е.ес я тем, что; с целью упрощения,оно содержит блоки формирования стробирующих импульсов, информационные входы первой группы каждого из которых соединены с прямыми выходами соответствующего реверсивного счетчика столбцов, информационные входы второй группы соединены с инверсными выходами реверсивного счетчика столбцов, выход сигнала считывания блока управле- Е ния соединен с входами разрешения считывания реверсивных счетчиков столбцов и блоков формирования стробирующих импульсов, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами соответствующих коммутирующих узлов.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок, формирования стробирующих импульсов содер- р жит элементы ИЛИ и элементы И, информационные входы которых соединены соответственно с первой и второй фр группами информационных входов блока, а управляющие входы подключены к входу разрешения считывания блока, ф ) выход каждого элемента И, кроме первого, подключен к первому входу соответствующего элемента ИЛИ, выходы которых и выход первого элемента И являются выходами блока, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход каждого последующего элемента ИЛИ соединен с выходом предыдущего элемента ИЛИ.

1013967

50

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в радиолокации для управления двоичными дискретными фазовращателями антенных решеток.

Известно устройство для управления лучом плоской антенной решетки, содержащее блок управления вычислителем, блок вычитающих счетчиков, два координатных множительных блока, суммирующие счетчики строк и реверсивные счетчики столбцов, в котором выходы координатных множительных блоков подсоединены к входам суммирующих счетчиков строк и реверсивных счетчиков столбцов, выходы 15 которых через схемы совпадения соединены с входами ключевых схем (13.

Недостаток устройства состоит в том, что при управлении дискретными фазовращателями на раскрыве антенны вместо требуемого линейного фазового фронта формируется ступенчатый фазо. вый фронт, при этом распределение фазовой ошибки на раскрыве носит периодический характер, что приводит к появлению дополнительных боковых лепестков в диаграмме направленности и существенному снижению точности установки луча в заданное положение. для устранения этого недостатка разрушают периодичность распределения З0 фазовой ошибки путем введения в высокочастотные тракты управляемых фазовращателей неуправляемых дискретных фазосдвигателей со случайным сдвигом фазы, который учитывается. при формировании команд управления двоичными дискретными фазовращателями.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст-40 ройство, содержащее блок вычитания, два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления, входы которого являются управляющими входами устройства, а выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчиков строк и реверсивных счетчиков столбцов, выходы блока "вычитания подключены соответственно к входам первого и второго координатных множительных блоков, выходы первого . координатного множительного блока соединены соответственно с входами суммирующих счетчиков строк, выходы второго координатного множительного блока соединены соответственно с входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход первой группы вы- . 60 ходов каждого счетчика строк подключен к первым входам элементов И соответствующих групп, каждый выход второй группы выходов каждого счетчика строк подключен к входам соот- 65 ветствующего корректирующего узла, выходы реверсивных счетчиков столбцов подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, к .вторым входам которых подключены выходы соответствующих корректирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства (2) .

Недостаток известного устройства состоит в сложности. Это объясняется наличием в составе устройства сложных коммутирующих узлов, число которых равно числу элементов антенной решетки и может составлять несколько тысяч, а в состав каждого коммутирующего узла входят триггер, элемент И и. элемент задержки .

Целью изобретения является упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее блок вычитания,два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления,. входы которого являются управляющими входами устройства, а выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчиков строк и реверсивных счетчиков столбцов,. выходы блока вычитания подключены соответственно к информационным входам первого и второго координатных множительных блоков, выходы первого координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами суммирующих счетчиков. трок, выходы второго координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход первой группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к первым входам элементов И соответствующих .групп, каждь|й выход второй группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к входам соответствующего корректирующего узла, выходы которых подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства, содержит блоки формирования стробирующих импульсов, информационные входы первой группы каждого из которых соединены с прямыми выходами соответствующего реверсивного счетчика столбцов, информационные входы второй группы соединены с инверсными выхо1013967

ze

Соответствующая этой кодовой комбинации дробная часть требуемого фазового сдвига d V<) 00

1 1 1 1

1 1 1 О

1 1 О О

1 Р О О

О, 25

0,504

0,756

10 дами реверсивного счетчика столбцом, выход сигнала считывания блока управления соединен с входами разрешения считывания реверсивных счетчиков столбцов и блоков формирования стробирующих импульсов, выходы каждого

5 из которых соединены с вторыми входами соответствующих коммутирующих узлов.

Причем блок. формирования стробирующих импульсов содержит элементы

ИЛИ и элементы И, информационные вхо10 ды которых соединены соответственно с первой и второй группами информационных входов блока, а управляющие входы подключены к входу. разрешения . считывания блока, выход каждого элемента И, кроме первого, подключен к первому входу соответствующего элемента ИЛИ, выходы которых и выход первого элемента И являются выходами блока, второй вход первого элемента 20

ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход каждого последующего элемента ИЛИ соединен с выходом предыдущего элемента ИЛИ.

На фиг. 1 показана структурная 25 схема вычислительного устройства; на фиг. 2 - .вариант схемы блока формирования стробирующих импульсов; на фиг. 3 — эпюры,поясняющие работу блока формирования стробирующих импульсов.

Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания, два координатных множительных блока 3, суммирующие счетчики 4 стРок, Реверсивные 35 счетчики 5 столбцов, Элементы И 6, узлы 7.вывода, корректирующие узлы

8, коммутирующие узлы 9, блоки 10 формирования стробирующих импульсов, элементы 11 и элементы ИЛИ 12, выходы 13 блока 10 ° 40

В вычислительный тракт каждого управляемого фазовращателя с номером i3 (i — ной ер строки; 3 — номер столбца) вводят неуправляемый дискретный фазосдвигатель,создающий слу- 45 чайный дискретный фазовый сдвиг „-, равномерно распределенный в интерваВеличина неуправляемого фазового сдвига „. ле — ь 2., + Ь/2, где д — дискрет управляемого фазовращателя где P — разрядность фазовращателя. (Неуправляемые фазосднигатели на фиг. 1 не показаны, так как в состав устройства управления лучом они непосредственно не входят).

Суммирующие счетчики 4 строк имеют две группы выходов: первая группавыходы старших разрядов в количестве

P„ которые подключены к входам элементов И .6, и вторая группа = выходы младших разрядов в количестве m которые подключены к входам корректирующих узлов 8.

Младшие разряды — это дробная. часть ggjj,кода фазы 9„.,. которая не переносится в фазовращатели, а отбрасывается при округлении. Каждый .корректирующий узел 8 синтезирован из элементов цифровой логики таким образом, чтобы на его выходе, соединенном с коммутирующим узлом 9 ij-ro управляемого фазовращателя,. в высокочастотный тракт которого включен неуправляемый фазосдвигатель, вносящий случайный фазовый сдвиг при поступлении на его входи двоичного кода числа младших разрядов. d .9.в соответствии с соотношением

U.- = 1-E (---1---" + 0 5j,. S (г) д % - ti

1)

I Э где EPX) означает целую часть числа Х.

Если, йапример, P = 2, m = 2, то соответствие между величиной ;,номером выхода корректирующего узла 8 и значением булевой функции на дан ном выходе при поступлении на вход узла 8 кодовой комбинации младших разрядов 49«, устанавливается по таблице, построенной на основании вычислений по формуле (2)..

Булевы функции на выходе корректирующего узла 8 с номером

8-1 8-2 8-3 8-4

0,50b. 0,25 -0,25Ь

10139б7

15 где

Номер выхода блока 10 формирования стробирующих импульсов, подключенного к входу, коммутирующего узла

9, соответствует номеру выхода корректирующего узла 8,подключенного к первому входу этого же коммутирующего узла.

Устройство работает следующим образом.

Требуемое значение фазы сигнала каждого излучателя определяется

10 соотношением

27 - d<

Ю = ------(i-1) sinf+

Ч )

27K - dg

+ ------(p f) 51п 8 = ф - требуемое значение фазы

»»

i j-го излучателя; 20

d — расстояние между излучателями в строке;

d1, — расстояние между излучателями в столбце;

3 - длина волны;

25 номер строки излучателей; номер столбца излучателей; угловые координаты требуемого положения луча относительно нормали к плоскости раскрыва антенны

2Г da . 2вйи

К ------san Ч> К = ---- В— 2 набег фазы по соответствующим координатам на расато- 35 яние между соседними излучателями, На входы блока 2 вычитания поступают в двоичном коде, числа

М » = К». 2 ", К» = Кд 2 где Ц»- число триггеров в первом координатном множительном блоке;

Q — число триггеров во втором 45 координатном множительном блоке.

При считывании информации из блока 2 íà его выходах образуются импульсные посылки, число импульсов в 50 которых равно соответственно K и К, .

Эти импульсные посылки поступают на первый и второй координатные множительные блоки 3, где умножаются соответственно на величины 55 .» -» 3- »

2@л 2 а ч

Получившиеся на выходах координатных множительных блоков импульсные посылки, количество импульсов в которых К»(1-1.) и K<(j-1 ) пропорционально требуемым значениям фаз излучения для строк и столбцов, записываются в суммирующих счетчиках 4 строк и реверсивных счетчиках 5 столбцов. ° 65

Переключение реверсИвных счетчиков

5 столбцов иэ режима "Запись" в режим "Считывание" осуществляется соответствующими сигналами, поступающими из блока 1 управления.

Суммирование фаз по строкам и столбцам осуществляется за 2 + тактов суммирования, где (p+m ) — число разрядов в счетчиках 4 и 5. Импульсы суммирования поступают из блока 1 управления параллельно на входы всех суммирующих счетчиков 4 строк и на входы реверсивных счетчиков 5 столбцов. При поступлении импульсов суммирования они складываются с информацией, записанной в суммирующих счетчиках 4 строк, и вычитаются из информации, записанной в реверсивных счетчиках 5 столбцов. В момент, когда в реверсивном счетчике 5 какого-либо . столбца информация списывается до нуля, сигналы на прямых выходах триггеров этого счетчика принимают нулевые значения, а на инверсных - единичные. В результате на всех выходах блока 10 формируются стробирующие импульсы (фиг. 3 ) ïðè÷åì длительность этих импульсов неодинакова на различных выходах: на первом выходе она равна одному периоду следования импульсов суммирования, на втором выходе— двум периодам, на третьем — трем и т.д. Эти стробирующие импульсы поступают на входы соответствующих коммутирующих узлов 9 этого столбца, представляющих собой элементы И, и отирывают их по первому входу.

Если к этому же моменту йа выходе соответствующего корректирующего узла 8 сформировался сигнал логической единицы (что определяется кодом младших разрядов), то на выходе данного коммутирующего узла 9 формируется сигнал логической единицы, поступающий на входы соответствуюцих элементов И 6, в результате через эти элементы информация из старших разрядов соответствующего суммирующего счетчика 4 строки переносится в соответствующий узел 7 вывода, откуда поступает на управляемый дискретный фазовращатель.

Если же во время дЕйствия стробирующего импульса на выходе соответствующего корректирующего узла 8 существует сигнал логического нуля, процесс суммирования продолжается до тех пор, пока на этом выходе на сформируется сигнал логической единицы, после чего, как и в предыдущем случае, информация иэ старших разрядов соответствующего суммирующего счетчика 4 через элементы б и узел 7 переносится в соответствующий управляемый дискретный фазовращатель.

При этом фазовое состояние фазовра1013967 щателя оказывается на один дискрет больше, чем в предыдущем случае.

Длительность стробирующих импульсов выбрана такой, чтобы, с одной стороны, обеспечить перенос информации из старших разрядов суммирующих счетчиков 4 в управляемые дискретные фазовращатели в заданные моменты времени в зависимости от значений

gg„. и ) ", а с другой стороны, исключить йовторное поступление информации на фазовращатели;

В итоге значение фазы излучения

ij-го излучающего элемента антенной решетки равно

+ Е 1. 1 + 0,536(4) г9 - 5

"1 а

Анализ формулы (4 ) показывает, что величина установившегося значения фазы 9q отличается от величины требуемого значения фазы при идеальном фазировании ф; не более, чем на половину дискрета фазовращателя. Поэтому дополнительного снижения коэффициента усиления антенны не происходит. В то же время наличие случайных фазовых..сдвигов приводит к нарушению периодичности распределения фазовых ошибок по раскрыву, что ведет к существенному снижению ошибок установки луча и к уменьшению уровня дополнительных боковыХ лепестков, вызываемых квантованием фазы.

Качество работы рассмотренного вычислительного устройства такое же, как P известного устройства. Положительный эффект состоит в упрощении устройства, что характеризуется уменьшением требуемого количества тригге- ров и элементов задержки, которое в изве".тном устройстве равно числу излучающих элементов антенной решетки. При этом дополнительно требу15 ется лишь N 2 элементов И и N(2 -1 ) элементов ИЛИ. Так, если антенная решетка имеет N = 100 столбцов и

И = 100 строк и при этом m = 2-3, то требуемое количество триггеров о и элементов задержки (в микрополосновом исполнении это тоже триггеры) .уменьшается на 10000. Дополнительно требуется лишь 400-800 элементов

И и 300-700 элементов ИЛИ. При этом

25 необходимо иметь в виду, что элементы И и ИЛИ значительно проще и дешевле, чем триггеры и элементы задержки.

1013967

3> Х Х Х4 Х, К2Л Х4 бала иг. х, Х2

Хг х„ х, 1Ь2

ВНИИПИ Заказ 3006/56

Тираж 704 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул, Проектная, 4