СПОСОБ АДАПТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК H01Q15/24 H01P1/16 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и, кроме того, может быть использовано в радиолокации и радиоэлектронном подавлении.

Известны различные технические решения, обеспечивающие адаптивное преобразование, в частности ортогонализацию, поляризации радиосигналов по отношению к поляризации принимаемых радиосигналов (см. например, патенты США N 4853703, 3837051, 3893873). Их существо основано на управляемом внесении дифференциальных фазовых сдвигов. Однако способам, реализованным в таких устройствах, присущи недостатки, которые связаны с невозможностью обеспечения в широкой полосе частот высокой точности адаптивного преобразования (ортогонализации или согласования) поляризации излучаемых радиосигналов в условиях отсутствия априорной информации об истинной поляризации принимаемых радиосигналов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, описанный в патенте США N 3849781, кл. 343-18. В данном техническом решении использованы два диэлектрических фазовращателя одинаковой длины, установленные в круглом волноводе. Один из них действует как четвертьволновая пластина, а другой -как полуволновая. Изменение поляризации осуществляется соответствующим поворотом фазовращателей. Поляризация падающей волны определяется путем разделения волны на две ортогональные линейно поляризованные компоненты и измерения их относительных амплитуд и фаз. Информация, полученная из этих измерений, используется для формирования напряжений ошибок и управления двумя независимыми сервоприводами, которые автоматически поворачивают диэлектрические фазовращатели в положение, при котором излучение сигналов осуществляется на поляризации, ортогональной поляризации принимаемых сигналов.

Недостатком известного способа является невозможность достижения высокой точности адаптивного преобразования (ортогонализации) поляризации в широкой полосе частот. Этот недостаток связан с тем, что преобразование поляризации осуществляется с помощью секций с фиксированными дифференциальными фазовыми сдвигами (ДФС) 180^o и 90^o. В широкой полосе частот невозможно обеспечить фиксированные значения ДФС 180^o и 90^o, особенно это относится к секции ДФС 180^o. Следовательно, при работе на частотах, отличных от тех, на которых обеспечивается ДФС 180^o и 90^o, снижается точность ортогонализации поляризации.

Задачей изобретения является создание способа адаптивного преобразования поляризации радиосигналов, обеспечивающего в широкой полосе частот высокую точность адаптивного преобразования, в частности ортогонализации или согласования поляризации излучаемых радиосигналов по отношению к поляризации принимаемых радиосигналов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что заявляемый способ адаптивного преобразования поляризации радиосигналов включает прием поляризованных радиосигналов, скалярное усиление принятых сигналов, формирование служебных сигналов на частоте принятых сигналов, их усиление и излучение на поляризации, заданным образом связанной с поляризацией принимаемых радиосигналов.

Новым является то, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают с помощью одной или нескольких последовательно расположенных управляемых сред с двояким лучепреломлением, обеспечивающих возможность управления ДФС и/или ориентациями плоскостей внесения ДФС в априорно выбранную, соответствующую одной из ортогонально поляризованных компонент ортомодового преобразователя с выбранным поляризационным базисом, сигнал с априорно выбранной поляризацией усиливают в одноканальном усилителе, скалярным сигналом возбуждают векторный сигнал с поляризацией, определенным образом связанной с априорно выбранной поляризацией, и обеспечивают прохождение этого сигнала через одну или несколько управляемых сред с двояким лучепреломлением, идентичных вышеупомянутым, согласованно с ними управляемых и расположенных в обратной последовательности, с помощью которых осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, требуемым образом связанную с поляризацией принимаемого радиосигнала, при этом управление значениями вносимых ДФС и/или ориентациями плоскостей внесения ДФС в указанных средах осуществляют с использованием двух ортогонально поляризованных компонент принимаемого радиосигнала, поляризация одной из которых согласована, а другой ортогональна априорно выбранной поляризации.

Кроме того, управление одной или несколькими средами при приеме радиосигналов осуществляют таким образом, что обеспечивается одновременно максимальный уровень компоненты принимаемого радиосигнала с поляризацией, совпадающей с априорно выбранной поляризацией, и минимальный уровень компоненты принимаемого сигнала с поляризацией, ортогональной априорно выбранной поляризации.

Кроме того, при излучении радиосигналов управление одной или более средами, с помощью которых преобразовывают возбуждаемый векторный сигнал с поляризацией, определенным образом связанной с априорно выбранной поляризацией, в сигнал с поляризацией, требуемым образом связанной с поляризацией принимаемого радиосигнала, осуществляется таким образом, что значения ДФС в этих средах соответствуют значениям ДФС и ориентациям плоскостей внесения ДФС в аналогичных средах, с помощью которых преобразуют поляризацию принимаемого сигнала в априорно выбранную.

Дополнительно прием и излучение радиосигналов осуществляют из одной точки пространства в режиме разделения во времени приема и излучения радиосигналов, используя одну приемно-передающую антенную систему, при этом преобразование поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную и преобразование возбуждаемого векторного сигнала с поляризацией, определенным образом связанной с априорно выбранной поляризацией, в сигнал с поляризацией, требуемым образом связанной с поляризацией принимаемого радиосигнала, осуществляют с помощью одной и той же или одних и тех же управляемых взаимных сред с двояким лучепреломлением.

Кроме того, скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый радиосигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, ортогональной априорно выбранной поляризации, и обеспечивают прохождение этого сигнала через одну или несколько управляемых сред с двояким лучепреломлением, идентичных одной или нескольким средам, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбпанную, согласованно с ними управляемых и расположенных в обратной последовательности, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, ортогональную поляризации принимаемого радиосигнала.

Кроме того, скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый сигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, согласованной (совпадающей) с априорно выбранной поляризацией, и обеспечивают прохождение этого сигнала через одну или несколько управляемых сред с двояким лучепреломлением, идентичных одной или нескольким средам, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную, согласованно с ними управляемых и расположенных в обратной последовательности, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, согласованную (совпадающую) с поляризацией принимаемого радиосигнала.

Дополнительно при приеме и излучении радиосигналов из одной точки пространства в режиме разделения во времени приема и излучения радиосигналов скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый радиосигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, ортогональной априорно выбранной поляризации, и обеспечивают прохождение этого сигнала через ту же или те же взаимные управляемые среды с двояким лучепреломлением, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, ортогональную поляризации принимаемого радиосигнала.

Дополнительно при приеме и излучении радиосигналов из одной точки пространства в режиме разделения во времени приема и излучения радиосигналов скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый радиосигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, согласованной (совпадающей) с априорно выбранной поляризацией, и обеспечивают прохождение этого сигнала через ту же или те же взаимные управляемые среды с двояким лучепреломлением, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, согласованную (совпадающую) с поляризацией принимаемого радиосигнала.

Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают с помощью одной или нескольких последовательно расположенных управляемых сред с двояким лучепреломлением, управление ДФС и/или ориентациями плоскостей внесения ДФС в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации.

Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают с помощью одной или нескольких последовательно расположенных управляемых сред с двояким лучепреломлением, обеспечивающих управление ДФС и/или ориентациями плоскостей внесения ДФС, в круговую с априорно выбранным направлением вращения векторов поля.

Кроме того, электромагнитную волну, представляющую электромагнитное поле принимаемого радиосигнала, преобразовывают в линейно поляризованную волну с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью одной управляемой среды с двояким лучепреломлением, обеспечивающей изменение ДФС в пределах от 0^o до 360^o и угла наклона плоскости внесения ДФС относительно априорно выбранной ориентации плоскости поляризации в пределах от -90^o до 90^o.

Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с априорно выбранным направлением вращения векторов поля с помощью одной управляемой среды с двояким лучепреломлением, обеспечивающей изменение ДФС в пределах от 0^o до 360^o и угла наклона плоскости внесения ДФС в пределах от -90^o до +90^o.

Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения ДФС, первая из которых вносить ДФС 180^o - δ_π, а вторая ДФС 90^o ± d_p/2, причем 0 ≅ δ_π + δ_π/2 ≅ π и 0 ≅ δ_π - δ_π/2 ≅ π/2.
Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения ДФС, первая из которых вносит ДФС 90^o ± δ_π/2 а вторая ДФС 180^o δ_π при этом 0 ≅ δ_π + δ_π/2 ≅ π и 0 ≅ δ_π - δ_π/2 ≅ π/2.
Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения ДФС, одна из которых вносит ДФС 90^o + δ(1)π/2

а другая ДФС 90^o + δ(2)π/2 причем 0 ≅ δ(1)π/2 + δ(2)π/2 ≅ π/2 и π/2 ≅ δ(1)π/2 - δ(2)π/2 ≅ 0.
Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух одинаковых управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения ДФС, каждая из которых вносит ДФС 90^o + δ_π/2, причем 0 ≅ δ_π/2 ≅ π/4.
Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с выбранным направлением вращения векторов поля с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения ДФС, одна из которых вносит ДФС 90^o + δ(1)π/2, а другая ДФС 90^o + δ(2)π/2, причем
Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с выбранным направлением вращения векторов поля с помощью двух одинаковых управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения ДФС, каждая из которых вносит ДФС 90^o + δ_π/2 причем 0 ≅ δ_π/2 ≅ π/4.
Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми значениями ДФС и фиксированными ориентациями плоскостей внесения ДФС, причем плоскость внесения ДФС первой средой совпадает с плоскостью поляризации волны в одном из ортогональных плеч ортомодового преобразователя, а плоскость внесения ДФС второй средой составляет угол 45^o с плоскостью поляризации волны в том же плече ортомодового преобразователя.

Кроме того, поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с выбранным направлением вращения векторов поля с помощью двух одинаковых управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми значениями ДФС и фиксированными ориентациями плоскостей внесения ДФС, причем угол между плоскостями внесения ДФС первой и второй средами составляет 45^o.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен вариант структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ адаптивного преобразования (ортогонализации или согласования) поляризации радиосигналов с помощью двух секций ДФС при использовании приемной и передающей антенных систем.

Рассмотрим для простоты вариант способа ортогонализации (согласования) поляризации радиосигналов по отношению к поляризации принимаемых радиосигналов, когда в качестве априорно выбранной поляризации используется круговая поляризация с правым вращением векторов поля, а преобразование произвольной поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную осуществляется с помощью двух одинаковых секций ДФС 90^o, в которых регулируется угол наклона плоскости внесения ДФС. Естественно, в этом случае используется ОМП в круговом поляризационном базисе.

Радиосигналы принимаются приемной антенной системой 1 (фиг. 1), которая состоит из последовательно соединенных поляризационно-инвариантной антенны 2, первой секции ДФС 3, второй секции ДФС 4 и ортомодового преобразователя (ОМП) 5. ОМП 5 имеет два зонда: приемный сигнальный зонд и нуль-индикаторный зонд. В первоначальном положении плоскости внесения ДФС секциями ДФС 3 и 4 установлены в плоскости поляризации электромагнитной волны (ЭМВ), принимаемой приемным сигнальным зондом ОМП 5 в круговом базисе.

Принимаемые сигналы после прохождения антенной системы 1 поступают с выходов ОМП в круговом базисе на обнаружитель-анализатор-формирователь сигнала 6, в котором осуществляется обнаружение сигналов, анализ потока сигналов и выделение необходимого сигнала. За счет многоканальности блока 6 встроенный в него цифровой процессор обеспечивает сопровождение одного и того же сигнала с выходов каналов приемного и нуль-индикаторного зондов ОМП. Одновременно с этим на частоте этого сигнала формируется служебный сигнал с требуемой спектрально-временной структурой. Этот сигнал поступает в усилитель 7, с выхода которого подается на передающую антенную систему 8 и излучается ею в заданном направлении. Система 8 аналогична приемной антенной системе 1 и также состоит из последовательно соединенных ОМП (возбудителя кругополяризованной ЭМВ) 9, двух секций ДФС 90^o 10 и 11 и поляризационно-инвариантной антенны 12.

Направление вращения векторов поля круглополяризованной ЭМВ, возбуждаемой ОМП 9, противоположно (соответствует) направлению вращения векторов поля кругополяризованной волны, принимаемой приемным сигнальным зондом ОМП 5. Плоскости внесения ДФС секциями 3, 4, 10 и 11 в первоначальный момент времени совпадают и установлены в плоскости, соответствующей поляризации приемного сигнального зонда ОМП 5 в круговом базисе.

Цикл ортогонализации (согласования) поляризации начинается с синхронного вращения плоскостей внесения ДФС секций 3 и 4, осуществляемого под управлением процессора управления 13. Этот процессор вырабатывает в соответствии с заложенным в него алгоритмом сигналы управления, анализируя изменение уровней сигналов (и/или их разности фаз) в каналах приемных сигнального и нуль-индикаторного зондов ОМП 5, измеряемых в блоках 6 и поступающих в виде цифровых кодов в блок управления 13.

Если принимаемый сигнал имеет круговую поляризацию с левым направлением вращения векторов поля, то синхронное изменение ориентации (вращение) плоскостей внесения ДФС секцией 3 и 4 не будет влиять на параметры выходной кругополяризованной волны с правым направлением вращения векторов поля, следовательно, не приведет к изменению уровней (разности фаз) сигналов в каналах ОМП 5. Причем в канале приемного сигнального зонда уровень сигнала будет максимальный, а в канале нуль-индикаторного зонда нулевой, практически определяемый уровнем развязки между каналами (либо уровнем собственных шумов этого канала при идеальной развязке каналов).

Если сигнал имеет круговую поляризацию с правым направлением вращения векторов поля, то синхронное вращение плоскостей внесения ДФС 90^o фазовращателями 3 и 4 не приводит к изменению уровней сигналов в каналах ОМП. Причем в канале приемного сигнального зонда уровень сигнала будет нулевой, практически определяемый уровнем развязки между каналами (либо уровнем собственных шумов этого канала при идеальной развязке каналов), а в канале нуль-индикаторного зонда максимальный. Для того, чтобы сигнал с круговой поляризацией правого направления вращения векторов поля поступил в канал приемного сигнального зонда, необходимо изменить ориентацию (повернуть) плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателем 4 на угол 90^o относительно плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателем 3. Тогда в канале нуль-индикаторного зонда уровень принимаемого сигнала станет нулевым, практически определяемым уровнем развязки между каналами (либо уровнем собственных шумов этого канала при идеальной развязке каналов), или будет изменяться при дальнейшем синхронном вращении плоскостей внесения ДФС фазовращателями 3 и 4.

Если принимаемый сигнал имеет линейную поляризацию, плоскость поляризацию которой находится под некоторым произвольным углом относительно плоскости поляризации волны, принимаемой приемным сигнальным зондом ОМП 5 в круговом базисе, то синхронное изменение ориентации (вращения) плоскостей внесения ДФС фазовращателями 3 и 4 относительно первоначальных положений приводит к изменению сигналов в каналах приемного и нуль-индикаторного зондов. Однако оно не приводит к тому, чтобы в канале приемного сигнального зонда уровень сигнала стал максимальным, а в канале нуль-индикаторного зонда нулевым, практически определяемым уровнем развязки каналов (либо уровнем собственных шумов этого канала при идеальной развязке каналов). Тогда плоскость внесения ДФС 90^o фазовращателя 3 устанавливают в первоначальное положение, а плоскость внесения ДФС 90^o фазовращателя 4 устанавливают под углом 45^o к плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателя 3 и начинают синхронное вращение плоскостей внесения ДФС 90^o фазовращателей 3 и 4. Если при этом в канале сигнального зонда уровень сигнала уменьшается, а в канале нуль- индикаторного зонда увеличивается, то реверсируют направление синхронного вращения плоскостей внесения ДФС 90^o фазовращателей 3 и 4 и процесс синхронного изменения ориентации (вращения) плоскостей внесения ДФС 90^o фазовращателей 3 и 4 продолжают до тех пор, пока в канале приемного сигнального зонда уровень сигнала не станет максимальным, а в канале нуль- индикаторного зонда нулевым, практически определяемым уровнем развязки каналов (либо уровнем собственных шумов этого канала при идеальной развязке каналов).

В общем случае, когда принимаемый сигнал имеет произвольную эллиптическую поляризацию, сначала устанавливают плоскость внесения ДФС 90^o фазовращателя 4 под углом 45^o к плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателем 3, ориентация которой совпадает в первоначальном положении с ориентацией плоскости поляризации волны, принимаемой приемным сигнальным зондом ОМП 5, затем синхронно вращают в одном "+"(правом) или "-" (левом) направлении плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателей 3 и 4, и если при этом уровень сигнала в канале приемного сигнального зонда уменьшается, а в канале нуль-индикаторного зонда увеличивается, то реверсируют направление синхронного вращения плоскостей внесения ДФС 90^o фазовращателей 3 и 4 и продолжают процесс синхронного вращения до тех пор, пока в канале приемного сигнального зонда уровень сигнала не достигает максимума, а в канале нуль-индикаторного зонда минимума. Затем изменяют ориентацию (вращают) плоскость внесения ДФС 90^o фазовращателя 4 в одном направлении ("+" или "-") и, если при этом уровень сигнала в канале приемного сигнального зонда уменьшается, а в канале нуль-индикаторного зонда увеличивается, то реверсируют направление изменения ориентации (вращения) плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателя 4 и процесс изменения ориентации (вращения) плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателя продолжают до тех пор, пока в канале приемного сигнального зонда не будет достигнут максимальный уровень принимаемого сигнала, а в канале нуль-индикаторного зонда нулевой уровень сигнала, определяемый развязкой каналов или уровнем собственных шумов. Угол дополнительного вращения плоскости внесения ДФС 90^o фазовращателя 4 равен углу эллиптичности поляризационного эллипса принимаемой ЭМВ, представляющей электромагнитное поле принимаемого радиосигнала. Для ортогонализации (согласования) поляризаций сигналов в блоке 9 возбуждают кругополяризованную волну с левым (правым) направлением вращения векторов поля. Поляризация возбужденной в блоке 9 волны является точно ортогональной (согласованной) поляризации волны, поступающей в плечо ОМП 5 в круговом базисе, в котором расположен приемный сигнальный зонд. Последующие преобразования поляризации волны, возбужденной в блоке 9, осуществляются с помощью дифференциальных фазовращателей 10 и 11 с управляемыми плоскостями внесения ДФС 90^o, причем изменение ориентаций (вращения) плоскостей внесения ДФС 90^o осуществляется синхронно с теми же скоростями, в тех же направлениях и на те же углы, что и изменение ориентаций плоскостей внесения ДФС фазовращателей 4 и 3 соответственно. Конечные угловые положения плоскостей внесения ДФС 90^o фазовращателей 10 и 11 в передающей антенной системе соответствуют конечным угловым положениям плоскостей внесения ДФС фазовращателей 4 и 3, и они связаны с параметрами поляризации β и α(β угол наклона большой оси поляризационного эллипса относительно плоскости поляризации ЭМВ, принимаемой приемным сигнальным зондом ОМП 5 в круговом базисе, a угол эллиптичности) принимаемого сигнала следующими соотношениями:

Математический анализ процессов ортогонализации (согласования) поляризации в линейном и круговом приемных базисах показал наличие целого ряда частных (предельных) значений конечных угловых положений плоскостей внесения ДФС, связанных с параметрами поляризационного эллипса принимаемой ЭМВ, обеспечивающих реализацию предложенного способа ортогонализации (согласования) поляризаций. Эти значения угловых положений получаются в тех случаях, когда используются дифференциальные фазовращатели, имеющие в рабочем диапазоне частот и внешних условий значения ДФС, точно равные 90^o и 180^o.

Предлагаемый способ ортогонализации (согласования) поляризации для случаев позволяет получить высокую точность ортогонализации (согласования) поляризации в более широком диапазоне частот. Это связано с тем, что значения ДФС реализуются в значительно более широком диапазоне рабочих частот (увеличение ширины диапазона в 1,5.2,0 раза), чем значения ДФС 180^o и 90^o, а ошибки в поляризационных преобразованиях, обусловленные неидеальностью дифференциальных фазовращателей (отличием ДФС от 180^o и 90^o), выбираются в предложенном способе путем соответствующего компенсирующего доворота плоскостей внесения ДФС первым и вторым фазовращателями. Главное, чтобы управление плоскостями внесения ДФС, равно как и управление ДФС в вариантах с фиксированными углами наклона плоскостей внесения ДФС, осуществлялось по заданному критерию.

Результаты моделирования и экспериментальной отработки предложенного способа полностью подтвердили приведенные теоретические положения. Действительно, предложенный способ позволяет увеличить широкополосность и точность ортогонализации (согласования) поляризации радиосигналов по отношению к поляризации принимаемых сигналов в более широком диапазоне внешних воздействий (температура, влажность и т.д.), а также, что особенно важно, резко снизить требования непосредственно к дифференциальным фазовращателям при их изготовлении.

Вариант, при котором первым дифференциальным фазовращателем является фазовращатель с ДФС 90^o, а вторым фазовращатель с ДФС 180^o, обеспечивает меньшее время ортогонализации, так как при этом матрицы преобразований позволяют реализовать квадратурную обработку при выборке сигнала ошибки, а вся процедура становится одноэтажной с тем или иным числом шагов.

При использовании двух фазовращателей с ДФС 90^o и ортогонализации в линейном базисе, как показывает теория, невозможно получить явные аналитические решения (требуются решения трансцендентных уравнений). Однако для предложенного алгоритма это не является принципиальным, так как плоскости внесения ДФС устанавливаются не по аналитическим выражениям, в которые входят значения α и β принимаемой ЭМВ, а по достижению нулевых значений сигналов ошибки. Именно это и реализуется в одном из вариантов предложенного способа при использовании квадратурной обработки. При этом несколько возрастает время ортогонализации (согласования) поляризации радиосигналов, что не имеет существенного значения при общем высоком быстродействии. Однако обеспечиваемое при этом увеличение широкополосности и простота ОМП с лихвой компенсируют значительное увеличение времени ортогонализации (согласования) поляризации радиосигналов.

С точки зрения простоты практической реализации следует отметить вариант адаптивного преобразования поляризации (ортогонализации или согласования) с помощью одного дифференциального фазовращателя с управляемыми значениями ДФС в пределах от 0^o до 360^o и значением угла наклона плоскости внесения ДФС в пределах от -90^o до 90^o.

Особенно простой является реализация предложенного способа при использовании одной и той же антенной системы в режиме разделения во времени приема и излучения радиосигналов. В этом варианте обеспечивается наиболее высокая точность ортогонализации (согласования) поляризации. Устройство может размещаться на малоразмерных летательных аппаратах.

Таким образом, данный способ обеспечивает автоматическую ортогонализацию или согласование поляризации излучаемых сигналов относительно любой детерминированной поляризации принимаемых сигналов вне зависимости от направления приема сигналов, кренов летательных аппаратов, характеристик обтекателей приемной и передающей антенных систем и т.д. Все дестабилизирующие факторы автоматически учитываются в процессе адаптивного преобразования (ортогонализации или согласования) поляризаций и не влияют на ее точность. Принцип одноканального усиления, на котором основан данный способ, исключает все недостатки двухканального усиления и связанные с ним трудности обеспечения идентичности комплексных коэффициентов передачи усилительных трактов двух каналов в широком частотном и большом динамическом диапазонах.

Источники информации
Патент США N4853702.

Патент США N3827051.

Патент США N3883872.

Патент США N3849781, кл. 343-18.

Изобретение относится к области радиосвязи и, кроме того, может быть использовано в радиолокации и радиоэлектронном подавлении.

Способ адаптивного преобразования поляризации радиосигналов включает прием поляризованного радиосигнала, преобразование поляризации принимаемого радиосигнала с помощью одной или нескольких последовательно расположенных управляемых сред с двояким лучепреломлением, обеспечивающих возможность управления ДФС и/или ориентациями плоскостей внесения ДФС, в априорно выбранную, соответствующую одной из ортогональных компонент ортогонального преобразователя с выбранным поляризационным базисом, усиление сигнала с априорно выбранной поляризацией в одноканальном усилителе, формирование передаваемого сигнала на частоте принимаемого сигнала, его усиление, возбуждение скалярным сигналом векторного сигнала с поляризацией и обеспечение прохождения этого сигнала через одну или несколько управляемых сред с двояким лучепреломлением, идентичных вышеупомянутым, согласованно с ними управляемых и расположенных в обратной последовательности, с помощью которых осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, требуемым образом связанную с поляризацией принимаемого радиосигнала. При этом управление значениями вносимых ДФС и/или ориентациями плоскостей внесения ДФС в указанных средах осуществляют с использованием двух ортогонально поляризованных компонент принимаемого радиосигнала, поляризация одной из которых согласована, а другой - ортогональна априорно выбранной поляризации.

Способ обеспечивает в широкой полосе частот высокую точность адаптивного преобразования, в частности ортогонализации или согласования, поляризации излучаемых радиосигналов по отношению к поляризации принимаемых радиосигналов. 19 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ адаптивного преобразования поляризации радиосигналов, включающий прием радиосигналов, скалярное усиление принятых сигналов, формирование сигналов на частоте принятых сигналов, их усиление и излучение на поляризации, заданным образом связанной с поляризацией принимаемых радиосигналов, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают с помощью одной или нескольких последовательно расположенных управляемых сред с двояким лучепреломлением, обеспечивающих возможность управления дифференциальным фазовым сдвигом и/или ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов в априорно выбранную, соответствующую одной из ортогонально поляризованных компонент ортомодового преобразователя с выбранным поляризационным базисом, сигнал с априорно выбранной поляризацией усиливают в одноканальном усилителе, скалярным сигналом возбуждают векторный сигнал с поляризацией, определенным образом связанной с априорно выбранной поляризацией, и обеспечивают прохождение этого сигнала через одну или несколько управляемых сред с двояким лучепреломлением, идентичных вышеупомянутым, согласованно с ними управляемых и расположенных в обратной последовательности, с помощью которых осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, требуемым образом связанную с поляризацией принимаемого радиосигнала, при этом управление значениями вносимых дифференциальных фазовых сдвигов и/или ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов в указанных средах осуществляют с использованием двух ортогонально поляризованных компонент принимаемого радиосигнала, поляризация одной из которых согласована, а другой ортогональна априорно выбранной поляризации. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что управление одной или несколькими средами при приеме радиосигналов осуществляют таким образом, что обеспечивается одновременно максимальный уровень компоненты принимаемого радиосигнала с поляризацией, совпадающей с априорно выбранной поляризацией, и минимальный уровень компоненты принимаемых сигналов с поляризацией, ортогональной априорно выбранной поляризации. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при излучении радиосигналов управление одной или более средами, с помощью которых преобразовывают возбуждаемый векторный сигнал с поляризацией, определенным образом связанной с априорно выбранной поляризацией, в сигнал с поляризацией, требуемым образом связанной с поляризацией принимаемого радиосигнала, осуществляют таким образом, что значение дифференциальных фазовых сдвигов и ориентации плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов в этих средах соответствуют значениям дифференциальных фазовых сдвигов и ориентациям плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов в аналогичных средах, с помощью которых преобразовывают поляризацию принимаемого сигнала в априорно выбранную. 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что прием и излучение радиосигналов осуществляют из одной точки пространства в режиме разделения во времени приема и излучения радиосигналов, используя одну приемно-передающую антенную систему, при этом преобразование поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную и преобразование возбуждаемого векторного сигнала с поляризацией, определенным образом связанной с априорно выбранной поляризацией, в сигнал с поляризацией, требуемым образом связанной с поляризацией принимаемого радиосигнала, осуществляют с помощью одной и той же или одних и тех же управляемых взаимных сред с двояким лучепреломлением. 5. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый радиосигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, ортогональной априорно выбранной поляризации, и обеспечивают прохождение этого сигнала через одну или несколько управляемых сред с двояким лучепреломлением, идентичных одной или нескольким средам, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную, согласованно с ними управляемых и расположенных в обратной последовательности, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, ортогональную поляризации принимаемого радиосигнала. 6. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый сигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, совпадающей с априорно выбранной поляризацией, и обеспечивают прохождение этого сигнала через одну или несколько управляемых сред с двояким лучепреломлением, идентичных одной или нескольким средам, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную, согласованно с ними управляемых и расположенных в обратной последовательности, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, совпадающую с поляризацией принимаемого радиосигнала. 7. Способ по пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что при приеме и излучении радиосигналов из одной точки пространства в режиме разделения во времени приема и излучения радиосигналов скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый радиосигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, ортогональной априорно выбранной поляризации, и обеспечивают прохождение этого сигнала через ту же или те же возможные управляемые среды с двояким лучепреломлением, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, ортогональную поляризации принимаемого радиосигнала. 8. Способ по пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что при приеме и излучении радиосигналов из одной точки пространства в режиме разделения во времени приема и излучения радиосигналов скалярным сигналом, в который преобразуется принимаемый радиосигнал, возбуждают векторный сигнал с поляризацией, совпадающей с априорно выбранной поляризацией, и обеспечивают прохождение этого сигнала через ту же или те же взаимные управляемые среды с двояким лучепреломлением, которые используются для преобразования поляризации принимаемого радиосигнала в априорно выбранную, в результате чего осуществляют преобразование поляризации этого векторного сигнала в поляризацию, совпадающую с поляризацией принимаемого радиосигнала. 9. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают с помощью одной или нескольких последовательно расположенных управляемых сред с двояким лучепреломлением, обеспечивающих управление дифференциальными фазовыми сдвигами и/или ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации. 10. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают с помощью одной или нескольких последовательно расположенных управляемых сред с двояким лучепреломлением, обеспечивающих управление дифференциальными фазовыми сдвигами и/или ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, в круговую с априорно выбранным направлением вращения векторов поля. 11. Способ по пп. 1, 2, 9, отличающийся тем, что электромагнитную волну, представляющую электромагнитное поле принимаемого радиосигнала, преобразовывают в линейно поляризованную волну с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью одной управляемой среды с двояким лучепреломлением, обеспечивающей изменение дифференциального фазового сдвига в пределах 0 360^o и угла наклона плоскости внесения дифференциального фазового сдвига относительно априорно выбранной ориентации плоскости поляризации в пределах (-90) (+90)^o. 12. Способ по пп. 1, 2, 10, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с априорно выбранным направлением вращения векторов поля с помощью одной управляемой среды с двояким лучепреломлением, обеспечивающей изменение дифференциального фазового сдвига в пределах 0 360^o и угла наклона плоскости внесения дифференциального фазового сдвига в пределах (-90) (+90)^o. 13. Способ по пп. 1, 2, 9, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, первая из которых вносит дифференциальный фазовый сдвиг 180^°-δ_π, а вторая дифференциальный фазовый сдвиг 90^° ± δ_π/2, причем
0 ≅ δ_π + δ_π/2 ≅ π и 0 ≅ δ_π + δ_π/2 ≅ π/2.
14. Способ по пп. 1, 2, 9, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с трояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, первая из которых вносит дифференциальный фазовый сдвиг 90^° ± δ_π/2, а вторая дифференциальный фазовый сдвиг 180^°-δ_π, при этом
0 ≅ δ_π + δ_π/2 ≅ π, 0 ≅ δ_π - δ_π/2 ≅ π/2.
15. Способ по пп. 1, 2, 9, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения дифференциального фазового сдвига, одна из которых вносит дифференциальный фазовый сдвиг 90^° + δ(1)π/2

, а другая дифференциальный фазовый сдвиг 90^° + δ(2)π/2, причем
0 ≅ δ(1)π/2 + δ(2)π/2 ≅ π/2; -π/2 ≅ δ(1)π/2 - δ(2)π/2 ≅ 0.
16. Способ по пп. 1, 2, 9, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух одинаковых управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, каждая из которых вносит дифференциальный фазовый сдвиг 90^° + δ_π/2, причем
0 ≅ δ_π/2 ≅ π/4.
17. Способ по пп. 1, 2, 10, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с выбранным направлением вращения векторов поля с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, одна из которых вносит дифференциальный фазовый сдвиг 90^° + δ(1)π/2, а другая дифференциальный фазовый сдвиг 90^° + δ(2)π/2, причем
-π/2 ≅ δ(1)π/2 + δ(2)π/2 ≅ 0,
-π ≅ δ(1)π/2 - δ(2)π/2 ≅ 0.
18. Способ по пп. 1, 2, 10, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с выбранным направлением вращения векторов поля с помощью двух одинаковых управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, каждая из которых вносит дифференциальный фазовый сдвиг 90^° + δ_π/2, причем
0 ≅ δ_π/2 ≅ π/4.
19. Способ по пп. 1, 2, 9, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в линейную с априорно выбранной ориентацией плоскости поляризации с помощью двух управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми значениями дифференциальных фазовых сдвигов и фиксированными ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, причем плоскость внесения дифференциального фазового сдвига первой средой совпадает с плоскостью поляризации волны в одном из ортогональных плеч ортомодового преобразователя, а плоскость внесения дифференциального фазового сдвига второй средой составляет угол 45^o с плоскостью поляризации волны в том же плече ортомодового преобразователя. 20. Способ по пп. 1, 2, 10, отличающийся тем, что поляризацию принимаемого радиосигнала преобразовывают в круговую с выбранным направлением вращения векторов поля с помощью двух одинаковых управляемых пассивных сред с двояким лучепреломлением с регулируемыми значениями дифференциальных фазовых сдвигов и фиксированными ориентациями плоскостей внесения дифференциальных фазовых сдвигов, причем угол между плоскостями внесения дифференциальных фазовых сдвигов первой и второй сред составляет 45^o.