Сверхширокополосная цифровая антенная решетка для определения координат радиолокационной цели

Изобретение относится к антенной решетке. Антенная решетка для определения координат радиолокационной цели, содержащая N излучающих элементов 4.1-4.N, где N - число используемых частотных поддиапазонов, причем расстояние между смежными излучающими элементами выбирают равным половине длины волны, соответствующей максимальной частоте диапазона используемых частот, излучающие элементы располагают так, чтобы сигналы различных частотных поддиапазонов были распределены по номерам излучающих элементов от 1-го до N-го по некоторому закону, N аналоговых приемников 5.1-5.N, N аналогово-цифровых преобразователей 6.1-6.N, устройство хранения результатов измерений 7, имеющее N+1 входов и Q=N×P выходов, где Р - число частот в одном поддиапазоне, вычислительное устройство 8, имеющее Q выходов, Q умножителей 9.1-9.N, имеющих по два входа, суммирующее устройство 10, имеющее Q входов, устройство управления 11, имеющее 4 выхода, и устройство отображения результатов измерений 12, отличающаяся тем, что в ней система формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот заменена на формирователь 1 такой сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, что каждая частота ƒij ≠ kƒnl, k ∈ Z; i, ; j, , имеющий N выходов, введены N широкополосных цифроаналоговых преобразователей 2.1-2.N, входы которых соединены с соответствующими выходами формирователя 1, введены N устройств 3.1-3.N, осуществляющих переключение каналов передачи и приема сигналов, соединенных с соответствующими выходами цифроаналоговых преобразователей 2.1-2.N, выходы которых соединены с соответствующими N излучающими элементами 4.1-4.N, другие выходы которых подключены к соответствующим входам N аналоговых приемников 5.1-5.N, выходы которых соединены с соответствующими входами N аналогово-цифровых преобразователей 6.1-6.N, выходы каждого из которых подключены к соответствующим N входам устройства хранения результатов измерений 7, Q выходов которого подключены к соответствующим входам Q умножителей 9.1-9.N, выходы которых подключены к соответствующим Q входам суммирующего устройства 10, выход которого подсоединен к устройству управления 11, один из выходов которого соединен с устройством отображения результатов измерений 12, другие выходы устройства управления 11 подключены к соответствующим входам устройства хранения результатов измерений 7, вычислительного устройства 8, Q выходов которого подсоединены к Q умножителям, и формирователя 1 сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, N выходов которого соединены с соответствующими входами N цифроаналоговых преобразователей 2.1-2.N. 2 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных станциях, предназначенных для обнаружения целей, определения дальности до цели и определения координат цели.

Известны многодиапазонные антенны [см. «Зарубежная радиоэлектроника» №3, 1978, с. 38-62]. Двухчастотные антенные решетки - частный случай таких антенн [Л.И. Пономарев, В.И. Степаненко. «Сканирующие многочастотные антенные решетки» / Под. ред. Л.И. Понамарева. - М.: Радиотехника, 2009. - 328 с., ил]. Известно устройство с использованием четырех типов волноводных излучателей, предназначенное для формирования с одного раскрыва электрически управляемого излучения в диапазоне 1-10 ГГц [Boyns J. Е., Provencher J.Н. Experimental Results of a Multifrequency Array Antenna. - IEEE Trans. AP, 1972, 20, no. 1, pp. 106-107].

Недостатком известных устройств является то, что в них сканирование пространства осуществляется за счет фазового сдвига сигнала на каждом антенном элементе посредством фазовращателей, при этом информация о радиолокационной обстановке в рабочей зоне получается за счет многократного зондирования пространства, что приводит к значительным временным затратам при сканировании всей рабочей зоны, а также то, что эхосигналы, полученные при зондировании пространства на различных частотах, обрабатываются независимо, тем самым не обеспечивается точность определения координат цели по дальности за счет когерентного сложения сигналов различных частот.

Известна сканирующая антенна [заявка 2153076, Франция. Опубликовано: 01.06.1973], недостатком которой является низкая точность определения угловых координат, что связано с особенностью формирования максимума интенсивности суммарного сигнала, а также достаточно большой интервал времени, необходимый для обзора всей рабочей зоны, из-за необходимости многократного зондирования пространства, что обусловлено отсутствием возможности апостериорной обработки сигналов. Особенность заключается в том, что максимум интенсивности суммарного сигнала при расположении частот по элементам решетки в порядке возрастания или убывания имеет характерную форму в виде дуги окружности. Такая форма максимума интенсивности позволяет определить дальность до цели, но не позволяет с высокой точностью определить угловые координаты цели.

Наиболее близким по технической сущности устройством является многочастотная антенная решетка с цифровой обработкой сигналов [патент RU 2567214 С1, МПК H01Q 21/00. Опубликовано: 10.11.2015 Бюл. №31], содержащая систему формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот, N излучающих элементов, параллельно соединенных с этой системой, N аналоговых приемников, N аналогово-цифровых преобразователей, устройство хранения результатов измерений, суммирующее устройство, N умножителей, вычислительное устройство, устройство отображения результатов измерений и устройство управления. Расстояние между соседними излучающими элементами выбирают равным половине длины волны, соответствующей минимальной частоте, формируемой системой формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот, излучающие элементы располагают так, чтобы сигналы с различными частотами были распределены по номерам излучающих элементов от 1-го до N-ого по случайному закону.

Недостатком данного устройства является использование относительно небольшого числа независимых частот, что ограничивает его информационные возможности.

Технический результат изобретения - расширение информационных возможностей радиолокационной системы при сохранении того же числа излучающих элементов антенной решетки за счет использования большего числа независимых частот и расширения частотного диапазона.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем N излучающих элементов 4.1-4.N, где N - число используемых частотных поддиапазонов, причем расстояние между смежными излучающими элементами выбирают равным половине длины волны, соответствующей максимальной частоте диапазона используемых частот, излучающие элементы располагают так, чтобы сигналы различных частотных поддиапазонов были распределены по номерам излучающих элементов от 1-го до N-ого по некоторому закону, N аналоговых приемников 5.1-5.N, N аналогово-цифровых преобразователей 6.1-6.N, устройство хранения результатов измерений 7, имеющее N+1 входов и Q=N×P выходов, где Р - число частот в одном поддиапазоне, вычислительное устройство 8, имеющее Q выходов, Q умножителей 9.1-9.N, имеющих по два входа, суммирующее устройство 10, имеющее Q входов, устройство управления 11, имеющее 4 выхода и устройство отображения результатов измерений 12, система формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот заменена на формирователь 1 такой сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, что каждая частота ƒij ≠ kƒnl, k ∈ Z; i, ; j, , имеющий N выходов, введены N широкополосных цифро-аналоговых преобразователей 2.1-2.N, входы которых соединены с соответствующими выходами формирователя 1, введены N устройств 3.1-3.N, осуществляющих переключение каналов передачи и приема сигналов, соединенных с соответствующими выходами цифро-аналоговых преобразователей 2.1-2.N, выходы которых соединены с соответствующими N излучающими элементами 4.1-4.N, другие выходы которых подключены к соответствующим входам N аналоговых приемников 5.1-5.N, выходы которых соединены с соответствующими входами N аналогово-цифровых преобразователей 6.1-6.N, выходы каждого из которых подключены к соответствующим N входам устройства хранения результатов измерений 7, Q выходов которого подключены к соответствующим входам Q умножителей 9.1-9.N, выходы которых подключены к соответствующим Q входам суммирующего устройства 10, выход которого подсоединен к устройству управления 11, один из выходов которого соединен с устройством отображения результатов измерений 12, другие выходы устройства управления 11 подключены к соответствующим входам устройства хранения результатов измерений 7, вычислительного устройства 8, Q выходов которого подсоединены к Q умножителям, и формирователя 1 сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, N выходов которого соединены с соответствующими входами N цифро-аналоговых преобразователей 2.1-2.N.

Таким образом, предлагаемое устройство «Сверхширокополосная цифровая антенная решетка для определения координат радиолокационной цели» отличается от известного тем, что вместо эквидистантной сетки частот в нем используется такой набор интервалов дискретных частот ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, что каждая частота набора ƒij ≠ kƒnl, k ∈ Z; i, ; j, , где N - число используемых частотных поддиапазонов, Р - число частот в одном поддиапазоне, то есть частоты не должны быть кратны друг другу. Данное условие необходимо для исключения возможного взаимодействия сигналов с кратными частотами и образования нежелательных продуктов такого взаимодействия при приеме сигналов - комбинационных частот. Таким образом, импульс, излучаемый отдельным элементом антенной решетки, представляет собой широкополосный дискретно-частотный сигнал.

На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства, где: 1 - формирователь сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, причем ƒij ≠ kƒnl, k ∈ Z; i, ; j, , где N - число используемых частотных поддиапазонов, Р - число частот в одном поддиапазоне; 2.1-2.N - цифро-аналоговые преобразователи; 3.1-3.N - устройства, осуществляющие переключение каналов передачи и приема сигналов; 4.1-4.N - излучающие элементы; 5.1-5.N - аналоговые приемники; 6.1-6.N - аналого-цифровые преобразователи; 7 - устройство хранения результатов измерений параметров входных сигналов; 8 - вычислительное устройство; 9.1-9.Q - умножители; 10 - суммирующее устройство; 11 - устройство управления; 12 - устройство отображения результатов измерений.

На фиг. 2 представлена схема алгоритма работы заявляемого устройства, где , - сигнальная функция, - вектор, определяющий положение центра j-го элемента разрешения, М - число элементов разрешения.

Сверхширокополосная цифровая антенная решетка для определения координат радиолокационной цели содержит: формирователь 1 сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, где каждая частота ƒij ≠ kƒnl, k ∈ Z; i, ; j, , где N - число используемых частотных поддиапазонов, Р - число частот в одном поддиапазоне, широкополосных цифро-аналоговых преобразователей 2.1-2.N, N устройств 3.1-3.N, осуществляющих переключение каналов передачи и приема сигналов, N излучающих элементов 4.1-4.N, N аналоговых приемников 5.1-5.N, N аналого-цифровых преобразователей 6.1-6.N, устройство хранения результатов измерений параметров входных сигналов 7, вычислительное устройство 8, Q умножителей 9.1-9.Q, суммирующее устройство 10, устройство управления 11, устройство отображения результатов измерений 12.

Алгоритм работы сверхширокополосной цифровой антенной решетки для определения координат радиолокационной цели (фиг. 2) следующий. Из устройства управления 11 подаются управляющие сигналы на формирователь 1 сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, где каждая частота ƒij ≠ kƒnl, k ∈ Z; i, ; j, , где N - число используемых частотных поддиапазонов, Р - число частот в одном поддиапазоне, на устройство хранения результатов измерений параметров входных сигналов 7 и на вычислительное устройство 8. При поступлении управляющего сигнала на устройство хранения результатов измерений параметров входных сигналов 7 оно переходит в режим записи. При поступлении управляющего сигнала формирователем 1 сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN передаются сигналы на N широкополосных цифро-аналоговых преобразователя 2.1-2.N, аналоговые сигналы через устройства 3.1-3.N, осуществляющие переключение каналов передачи и приема, поступают на излучающие элементы 4.1-4.N. При этом в пространстве формируется Q зондирующих сигналов одинаковой длительности вида , - вектор координат i-ого излучающего элемента, ,. Эхосигналы поступают на N излучающих элементов 4.1-4.N и через устройства 3.1-3.N, осуществляющие переключение каналов передачи и приема, проходят в аналоговые приемники 5.1-5.N, преобразуются N широкополосными аналого-цифровыми преобразователями 6.1-6.N в цифровую форму и записываются в устройство хранения результатов измерений параметров входных сигналов 7.

В результате в устройстве хранения результатов измерений 7 сохраняется набор значений амплитуд и фаз эхосигналов где Sip - амплитуда эхосигнала, - волновое число, ϕip - мгновенное значение фазы эхосигнала, с - скорость света. После поступления сигналов устройство хранения результатов измерений 7 переходит в режим хранения и передачи сигналов на умножители 9.1-9.Q. При поступлении управляющего сигнала на вычислительное устройство 8 в нем происходит вычисление Q комплексных весовых коэффициентов для j = 1 по формуле:

где - вектор, определяющий положение центра j -го элемента разрешения (фиг. 4), ;;; γip - начальная фаза излучаемого сигнала на частоте .

Рассчитанные комплексные весовые коэффициенты поступают на соответствующие умножители 9.1-9.Q. Значения, полученные перемножением соответствующих комплексных весовых коэффициентов и комплексных сигналов поступают на суммирующее устройство 10, где они когерентно суммируются. Модуль полученного комплексного значения поступает на устройство управления 11 и сохраняется. После сохранения на вычислительное устройство 8 поступает управляющий сигнал и происходит расчет комплексных весовых коэффициентов для j=2. Рассчитанные комплексные весовые коэффициенты поступают на соответствующие умножители 9.1-9.Q. Значения с выходов умножителей поступают на суммирующее устройство 10, а результат сложения с его выхода - на устройство управления 11, где сохраняется модуль полученного комплексного значения . Таким образом вычисляют сигнальную функцию (апостериорное когерентное сложение эхосигналов, полученных при зондировании пространства):

Когда j=M, устройство управления 11 передает последнюю сигнальную функцию на устройство отображения результатов измерений 12, на котором в той или иной форме отображаются рассчитанные значения .

Сверхширокополосная цифровая антенная решетка для определения координат радиолокационной цели, содержащая N излучающих элементов 4.1-4.N, где N - число используемых частотных поддиапазонов, причем расстояние между смежными излучающими элементами выбирают равным половине длины волны, соответствующей максимальной частоте диапазона используемых частот, излучающие элементы располагают так, чтобы сигналы различных частотных поддиапазонов были распределены по номерам излучающих элементов от 1-го до N-го по некоторому закону, N аналоговых приемников 5.1-5.N, N аналогово-цифровых преобразователей 6.1-6.N, устройство хранения результатов измерений 7, имеющее N+1 входов и Q = N × P выходов, где Р - число частот в одном поддиапазоне, вычислительное устройство 8, имеющее Q выходов, Q умножителей 9.1-9.N, имеющих по два входа, суммирующее устройство 10, имеющее Q входов, устройство управления 11, имеющее 4 выхода, и устройство отображения результатов измерений 12, отличающаяся тем, что в ней система формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот заменена на формирователь 1 такой сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, что каждая частота ƒij ≠ kƒnl, k ∈ Z; i, ; j, , имеющий N выходов, введены N широкополосных цифроаналоговых преобразователей 2.1-2.N, входы которых соединены с соответствующими выходами формирователя 1, введены устройства 3.1-3.N, осуществляющие переключение каналов передачи и приема сигналов, соединенных с соответствующими выходами цифроаналоговых преобразователей 2.1-2.N, выходы которых соединены с соответствующими N излучающими элементами 4.1-4.N, другие выходы которых подключены к соответствующим входам N аналоговых приемников 5.1-5.N, выходы которых соединены с соответствующими входами N аналогово-цифровых преобразователей 6.1-6.N, выходы каждого из которых подключены к соответствующим N входам устройства хранения результатов измерений 7, Q выходов которого подключены к соответствующим входам Q умножителей 9.1-9.N, выходы которых подключены к соответствующим Q входам суммирующего устройства 10, выход которого подсоединен к устройству управления 11, один из выходов которого соединен с устройством отображения результатов измерений 12, другие выходы устройства управления 11 подключены к соответствующим входам устройства хранения результатов измерений 7, вычислительного устройства 8, Q выходов которого подсоединены к Q умножителям, и формирователя 1 сетки частотных поддиапазонов ΔF1, ΔF2,…,ΔFN, N выходов которого соединены с соответствующими входами N цифроаналоговых преобразователей 2.1-2.N.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для продления срока службы радиокомплексов. Технический результат настоящего изобретения - обеспечение восстановления проектных ДН плоских ФАР лишь на основе знания проектных параметров плоской ФАР и вида деформированной ДН.

Изобретение относится к радиоэлектронным устройствам, а именно к конструкции приемопередающих модулей активных фазированных антенных решеток СВЧ-диапазона. Сущность изобретения заключается в том, что приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки СВЧ-диапазона дополнительно содержит на входе каждого канала направленный ответвитель мощности, а на выходе направленный ответвитель мощности, соединенный с системой контроля мощности, при этом выход каждого канала соединен с его входом через СВЧ выключатель, передающий канал содержит n-разрядный ступенчатый аттенюатор и дополнительный n-разрядный ступенчатый аттенюатор, имеющие одну схему управления, при этом вход n-разрядного ступенчатого аттенюатора подключен к выходу n-разрядного ступенчатого фазовращателя, а выход ко входу дополнительного n-разрядного ступенчатого аттенюатора, выход которого подключен ко входу согласующего усилителя, выход которого подключен ко входу предварительного усилителя.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к фазированным антенным решеткам, имеющим модульную архитектуру для управления и мониторинга. Система фазированной антенной решетки может включать в себя множество подрешеток радиочастотных (РЧ) мозаичных элементов, расположенных в определенном порядке с образованием РЧ-апертуры.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенным решеткам. Полосковая линейная антенная решетка содержит коллинеарные щелевые излучатели, и делитель мощности на симметричной полосковой линии, выходные полосковые проводники которого замкнуты проводящими перемычками на один из экранов полосковой линии, и две проводящие стенки, замыкающие экраны полосковой линии между собой, образуя узкие стенки прямоугольного волновода, широкие стенки которого образованы экранами полосковой линии, отличающаяся тем, что щелевые излучатели прорезаны в первой проводящей стенке, расположенной вблизи прямолинейного края экранов полосковой линии, параллельного проводящим стенкам и осевой линии щелевых излучателей, а выходные полосковые проводники проходят через разрывы во второй проводящей стенке, содержат Т-образные полосковые разветвления в каждом излучателе и замыкаются на один из экранов полосковой линии внутри прямоугольного волновода вблизи краев щелевого излучателя.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к устройству активной фазированной антенной решетки. АФАР содержит командно-вычислительный пункт (КВП), блок пространственно-временной обработки управления и контроля (БПВОУК), N модулей пространственной обработки управления и контроля (МПОУК) и М АППМ.

Использование: для прямого преобразования энергии электромагнитного поля СВЧ диапазона радиоволн в постоянный электрический ток. Сущность изобретения заключается в том, что антенная решетка с обработкой сигнала состоит из М=2,3,4,… рядов линейных вибраторов, лежащих в одной плоскости и равноудаленных друг от друга на расстояние, кратное λ/2, причем в каждом ряду имеется N=2,3,4,… вибраторов каждый длиной λ/2 распределенных таких образом, что в каждом из М рядов концы соседних вибраторов соединены между собой по постоянному току (N-1) диодами, включенными по постоянному току последовательно и однополярно, свободные концы крайних вибраторов М рядов соединены между собой параллельно и однополярно и подключены к нагрузке антенны, при этом выводы каждого из (N-1)M диодов укорочены или удлинены до размера λ/2, а концы соседних вибраторов и диодов в каждом ряду соединены между собой под углом 90°.

Изобретение относится к радиотехническому приборостроению и может найти применение при проектировании активных фазированных антенных решеток (АФАР) с цифровым формированием и электронным управлением диаграммой направленности в широком секторе при широкополосном зондировании целей.

Изобретение относится способу пространственно-временного многолучевого кодирования. Технический результат направлен на улучшение качества сигнала в точке приема и уменьшении времени на передачу символа.

Изобретение относится к антенной технике. Конструкционная антенная решетка содержит центральную часть, содержащую пересекающиеся стеночные секции, при этом центральная часть также содержит антенные элементы, выполненные на первой поверхности стеночных секций, и возбуждающие элементы, выполненные на второй поверхности стеночных секций; слой распределительной подложки, соединенный с центральной частью и имеющий электрическую связь с антенными элементами и возбуждающими элементами; первую оболочку, соединенную с центральной частью напротив слоя распределительной подложки; и вторую оболочку, соединенную со слоем распределительной подложки напротив первой оболочки.

Изобретение относится к антенной технике. Способ основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели, в результате чего формируется суммарная ДН антенны кругового электронного сканирования.
Наверх