Вычислительное устройство для управления лучом плоской антенной решетки

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в радиолокации для управления двоичными дискретными фазовращателями антенных решеток. Цель изобретения - повышение точности за счет компенсации погрешности производственного разброса характеристик фазовращателей. Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания, координатно-множительные блоки 3, 4, дешифратор 5, элемент И 6, реверсивные счетчики 7, суммирующие счетчики 8, группы 9 блоков управления фазовращателем, блок 10 переключения фазовращателей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

ОО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g))g G 06 Р 15/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛВСТВУ

О

1Ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4628545/24-24 (22) 29.12,88 (46) 23,07.90. Бюл, N- 27 (72) Ю.А.Шишов, А.И.Голик, Ю.А.Клейменов и А.Т.Иухаметшин (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1013967, кл. G 06 F 15/20, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 1329447, кл. G 06 F 15/20, 1985. (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ПЛОСКОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к вычисли/7уск.,80.„1580393 A 1

2 тельной технике и может использоваться в радиолокации для управления двоичными дискретными фазовращателямк антенных решеток. Цель изобретения— 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 фазовращателем, блок 10 переключения фазовращателей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1580393

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

Цель изобретения — повышение точности эа счет компенсации погрешностей производственного разброса характеристик фазовращателей.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема реверсивного счетчика; на фиг.3 — функциональная схема суммирующего счетчика; на фиг.4 - функциональная схема сумматора;на фиг.5— функциональная схема блока переключения фазовращателей; на фиг.6 - вариант подключения входов одного из триггеров счетчика к входу параллельной установки; на фиг. 7 — эпюры

Напряжений, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство. содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания, координатно-множительные блоки 3, 4, .дешифратор 5, элементы И б,-реверснвные счетчики 7, суммирующие счетчики 8, группы 9 блоков управления фазовращателем, блок 10 переключения фазовращателей, входы 11-.16 и выход 17 устройства, элементы И 181 19, элементы ИЛИ 20, 21, переключатели

22, 23, элемент ИЛИ 24, триггеры

25, элементы ИЛИ 26, вход 27 установки реверсивного счетчика, элемент ИЛИ

28, 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 выход

52 блока 10, Переключатели 30, 31 счетчиков 8 (фиг.3) и переключатели 22, 23 счетчиков 7 (фиг.2) установлены в такие положения, чтобы сумма двоичных кодов начального состояния суммирующего счетчика ш-й строки (ш Я 1, М) и реверсивного счетчика n-ro столбца (n ® 1,N) равнялась дополнительному двоичному коду, соответствующему начальной фазе возбуждения шп-го

У (món) = r С3(Х + 7 ) (i) jan

30 где Х, 7 — координаты шп-го излучающего элемента; и — число членов ряда, определяемое требуемой точностью вычислений, 35 т.е. числом триггеров

29 в счетчиках 8 и триггеров 25 в реверсивных счетчиках 7;

С. — коэффициенты аппрок1

40 симации.

Выражение (1) можно представить

1 в виде

W jjav (m,п) = 1 н«ч(m) + МК«р(п), (2) где ь

Х С.Х„ ;

jx(2п

W Ha (m) (3) а

1=1 (4) 55

В результате расчетов по формулам (1)-(4) установлено, что при длине волны. = начальная фаза возизлучающего элемента антенной решетки, расположенногз на пересечении

m-й строки и и-го столбца, плюс еди5 ница к (r-Р)-му разряду данного кода, где r — число разрядов счетчиков 7 и 8, Р— число разрядов дискретных фаэовращателей. Если, например, z = 4, р = 2, двоичный код начальной фазы возбуждения mn-ro излучающего элемента равен 0110, то сумма двоичных кодов начального состояния суммирующего счетчика ш-й стро-. кии реверсивного счетчика n-ro столбца должна быть 1100, Положения переключателей 22, 23 и 30, 31 в процессе эксплуатации антенной решетки не изменяются, Пусть, например, счетчики 7 и 8

20 четырехразрядные (r = 4), а применяемые в антенной решетке фазовращатели — двухразрядные (Р = 2). При :строчно-столбцовом управлении принимается выражение для начальной фазы

25 1 нч в ви йач

15803 3 буждения элементов ш-й строки

WÄ Ä(m) 4,875 %, а начальная фаза возбуждения и-го столбца W zagn) 3,125, или в двоичном коде соответственно Wccav(m) 0111, Witav(п)

1001. В соответствии с этим йереключатели 30, 31 счетчика 8 m-й строки должны быть установлены в такие положения, чтобы элементы ИЛИ 32, 33 были подключены к входу 41 парал . лельной установки, соответствующей ! . К-й длине волны (К Þ 1,L) в соответ;ствии с двоичным кодом, дополнительным по отношению к коду W д„(m)

=0111, т. е. 1001, плюс единица ко 2-му разряду, т.е, 1011. Это означает, что к входу 41 параллельной установки счетчика через элементы ИЛИ.32 должны быть подключены единичные вхо" 20 ды триггеров 34 1-ro, 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- 25 ного из триггеров 34 к входу 41 пареллельной установки, соответствующих рабочим длинам волн Л, — 1+, через элементы ИЛИ 32, 33 и переключатели

30, 31. 30

Переключатели 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 ус35 тановки,соответствующей К-й длине волны „, в соответствии с двоичным кодом, дополнительным по отношению к коду W „ „(n) = 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. 45

Ошибка установки фазового состояния mn-го фазовращателя, обусловленная производственным разбросом его характеристики, определяется

Ц „= К (aq/С) (6) 5О выражением

55 кв 4 /С 6 2, (7) что эквивалентно применению в антенне фазовращателей с дискретом пере ключения dV/С.

Cg Ä (mn) =чс, (ш, и) + p S (m, и), (5)

1 где cf (m n) — систематическая ошибСис1 ка mn-ro фазовращателя;

9 (m n) — случайная ошибка

mn-го фаэовращателя;

8 - номер дискретного состояния mn-ro фазовращателя, S В 0—

-2c Случайные ошибки g (m, и) 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 (m,n) может быть скомпенсирована путем подбора фаэовращателей с равными систематическими погрешностями или путем установки в каждом канале ФАР дополнительного фиксированного фазовращателя, обеспечивающего cpA + (ш,n) = cg „(m,n) . 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 лу- дискрет переключения фазовращателей, осуществляется также блоком 10. Для каждого последовательного значения кода управления величина этой дополнительной фазы определяется соотношением где С вЂ” количество зондирующих импульсов в данном положении луча (С = 2 1);

К вЂ” номер дополнительного значения фазы, К = 0,1,2,..., С-1.

Если усреднение погрешностей измерений осуществляется по б зондированиям, то среднеквадратическая погрешность установки фазового состояния фазовращателя, вызванная дискретным характером управления, определяется соотношением

1580393

Устройство работает следующим o5=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- 10 ступают в двоичном коде числа

K K 2 K Ê "2

6 Я

t 1 Ф 2 2 э где О " число триггеров в первом 1 координатно-множительном блоке;

Я вЂ” число триггеров во втором координатно-множительном блоке, 15

2йс1 у

К вЂ” — —, cosot

1 л

2nd 6

К = — — - созД

d — расстояние между лями в строке;

d . — расстояние между

6 лями в столбце;

25 где излучатеизлучате30

cosa(cosp — направляющие косинусы требуемого положения луча относительно осей прямоугольной системы координат, рас- 35 положенных в плоскости антенной решетки и ориентированных вдоль ее.строк и столбцов.

На вход 16 и,на вторые выходы 40 всех элементов И 6 от центрального процессора радиотехнического. устройства синхронно с зондирующими импульсами поступают импульсы управления, каждый из которых задержан относи- 45 тельно импульса "Пуск" на время, достаточное для установки исходного состояния реверсивных счетчиков 7 и суммирующих счетчиков 8 (фиг,7, эпюра

"2"). Импульс управления через один из 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 34 счетчиков 8 устанавливаются в исходные состояния, соответствующие дополнительному 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", поступающих ! с центрального процессора радиотехнического устройства (фиг,7, эпюры

"2" "5")

Э

С 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 координатномножительные блоки 3 и 4, где умножаются соответственно на величины

° ш-1 и-1

2 и

2 (8) где (ш,п) — требуемое значение фазы излучения mn-го излучающего элемента, определяемое н соот.ветствии с заданным по55 ложением луча как

Получившиеся на выходах координатно-множительных блоков 3, 4 импульсные посылки, количество импульсов н которых Ку(ш-1) и К (п-1) порционально 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 исходное состояние, величинами У „щч (ш) и

W (n) представленными в дополнийач тельном коде, и величиной Дy/2 в суммирующих счетчиках 8, предстанленной единицей, добавленной к, (r-p)-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, колин- t честно 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 ныхода 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 выражением ф(m,п) =дЧ ° Ent x

2 ь

V g(m и) — 1 we<(mzn) + 0,5 4 бд у (m,n) = K„(m-1) + К (и-1). (9) 80393 )О

К моменту поступления команды

"Стоп" на вход 12 всех MxN фазонращателей ФАР примут положения в соответствии " выражением (8). По истечении времени задержки (a „, фиг.7), которое определяется элементом 50 задержки блока 10, на входы счетчиков 48 и

49 поступит импульс, который изме1Q нит их состояние на единицу. Для варианта блока 10, представленного на фиг.5 (Р = 2, g 2, G 4), двоичный код на выходе 52 при поступлении первого импульса -через время эа15 держки равен 0101 (фиг.7, пюра "5").

Этот код поступает.на входы 39 счетчиков 8, суммируется с записанными ра.. нее н результате установки счетчи: ков в исходное состояние величинами И (m) в дополнительном коде и

H6l g величиной dry/2, после чего при подаче импульса на входы 40 счетчиков

8 полученная сумма записывается на триггерах 29. Далее устройство вновь будет отрабатывать команды

"Пуск" и "Стоп" при тех же значениях

К и К, н результате чего код фазового состояния всех фазовращателей ФАР изменится на величину фа30 зоной подставки, код которой для нашего примера 0101.

Следующий импульс управления вновь изменит код на выходе блока 10,код фазовой подставки составит 1010, и т.д. С приходом же импульса, номер которого равен С, счетчики 48 и 49 блока 10 обнуляются (фиг.7, эпюра

"5").

В соответствии с изложенным код

40 управления фазовращателем mn.-го излучателя н предлагаемом устройстве определяется следующим выражением (т,n) = л епс х

45 (т и> — w qv(m ng 0 5Bf v<+foqjj Ч (10)

:где 1 - номер фазовой подставки, 50 поступающей н младшие разряды фазовращателя с каждым зондированием (1 = 0,1,2,..., 2Р- 1); ц„- дополнительное значение фазы тока возбуждения mn-го излучателя, определяемое соотношением (6); (} = S (m,n) — выражение н фигурных скобках определяет но158039 мер дискретного состояния

mn-го фазовращателя, S(m,n)

= О, 1, 2,...,2 — 1.

Выражение (8) является частным случаем выражения (10) при воздействии первого импульса управления, когда К = 1 = О, Поэтому при излучении первого из С зондирующих импульсов фазовращателя ФАР фаэовой подставки не получают.

Фактическое значение фазы тока возбуждения mn-го излучателя определяется как

15 сф (т,п) ф (т,п) + к еу . <кЕ1 игл я„ч(ш,n) + tP (m,n) .

5) (i 1) 40

<кА) (к е1

Qp (шип) = Ч„з (щп) 45 а ее усредненное по К и 1 значение

2- <Р е1 50

Р-1

;> 4 у (m,n еО

2 -1

4 е изл (ш, и) (13) Так как Qñèñ (m и) пенсирована одним из собов, ошибка q (mÄn) собой центрированную чину, таким образом может быть скомупомянутых спопредставляет случайную велиВ рассматриваемом устройстве после установки фазовращателей в дискретные состояния в соответствии с ,заданным направлением Излучения и в соответствии с начальной фазой 25

WÄ <(m,n), начиная со второго, кажНаЧ дйй 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 установке фазы тока возбуждения mn-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 числу r столбцов 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 "О" координатно-множительных блоков и вход установки в "О" 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 которого

1580393!

4 подключен к счетному входу каждого реверсивного и суммирующего счетчиков i-й информационный выход (i

1, М, М вЂ” число строк антенной. решетки). первого координатно-множительного блока подключен к входу последовательной установки i-ro суммирующего счетчика, j-й информационный выход (j = Г, N, N — число столбцов антенной решетки) второго координатно-множительного блока подключен к входу последовательной установки 1-го реверсивного счетчика, выходы разрядов j-го реверсивного счетчика, кроме старшего, подключены к соответствующим информационным входам j-x блоков управления фазовращателем всех групп, первые управляющие входы которых подключены к выходу старшего разряда j-ro 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

1 фазовращателем,i-й группы, информационный выход j-го блока управления фазовращателем i-группы является j-м информационным выходом

5

i-й группы устройства о т л и

У ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности sa 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 переключения фазовращателей соединен с управляющими входами суммирующих счетчиков соответственно, установочные входы которых подключены к первому выходу блока управления.

2. Устройство по п.1, о т л и.— ч а ю щ е е с я тем, что блок переключения фазовращателей содержит счетчик старших разрядов, счетчик и

23 элемент задержки, вход которого является входом блока, а выход подключен к счетным входам счетчика старших разрядов и счетчика, выходы которых являются выходом блока, 1580393

1580393 .г

Фиг.7

Составитель А.Жеренов

Редактор В:Данко Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 2014 Тир ик 571 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Укгород, ул. Гагарина, 101