СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОВАЛОВ В ДИАГРАММЕ НАПРАВЛЕННОСТИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ В НАПРАВЛЕНИЯХ НА ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ Российский патент 1998 года по МПК G01S3/38 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения помехозащищенности РЛС и средств связи, использующих в качестве антенной системы антенные решетки с дискретным управлением фазами токов возбуждения излучателей, осуществляемом с помощью p-разрядных полупроводниковых фазовращателей.

Известен способ формирования провалов в диаграмме направленности (ДН) N-элементной ФАР в помеховых направлениях (Заявка 2552885 (Франция), кл. G 01 S 7/36), заключающийся в управлении состояниями р-разрядных фазовращателей, осуществляемом цифровым вычислительным устройством (ЦВУ), по командам которого случайным образом изменяются фазы токов возбуждения элементов фазированной антенной решетки (ФАР) до получения минимального уровня помехи на выходе соединенного с ней приемника. При этом состояния фазовращателей ФАР изменяются на один или несколько дискретов переключения, т.е. адаптация ФАР предполагает осуществление 2^PN измерений мощности помехового сигнала на выходе приемника. Недостаток известного способа состоит в значительном времени, которое необходимо затратить при адаптации ФАР к помехам.

Этот недостаток устранен в другом известном способе (Щапов Ю.М. Алгоритм фазовой адаптации антенных решеток произвольной геометрии \\ Изв. высш. учеб. завед. Радиоэлектроника. - 1990. - N9. - С. 30 - 34), в котором осуществляется измерение мощности помехового сигнала на выходе приемника при трех фазовых состояниях каждого из фазовращателей N-элементной ФАР: ϕ₀ (n) - текущее значение фазового состояния n-го фазовращателя ФАР (n = 1, N), соответствующее требуемому положению главного максимума ее диаграммы направленности; ϕ₁ (n) = ϕ₀ (n) + 90^o; ϕ₂ (n) = ϕ₀ (n) + 180^o и вычисление оптимальных фазовых состояний фазовращателей ФАР, соответствующих минимальному уровню помехи на выходе соединенного с ФАР приемника, используя процедуру биквадратического программирования. Таким образом, адаптация ФАР к помехам предполагает проведение 3N измерений. Однако недостатком этого способа является то, что он может быть эффективно использован в лишь в ФАР, имеющих дискретно управляемые фазовращатели с числом разрядов 5...8, а более грубое управление фазой делает его неэффективным (там же). Это значительно сужает область применения способа.

Этого недостатка лишен известный способ формирования провалов в диаграмме направленности ФАР в направлениях на источники помех (Патент N PS 2505697 (ФРГ), кл. G 01 S 3/38, 7/36, H 01 Q 3/26), в котором после установки р-разрядных фазовращателей ФАР в состояния, соответствующие требуемому положению главного максимума ее диаграммы направленности, измеряется и записывается в память цифрового вычислительного устройства (ЦВУ) уровень помехи на выходе соединенного с ФАР приемника, по командам ЦВУ 2^N-1 раз (N - число элементов ФАР) изменяются состояния отдельных р-разрядных фазовращателей ФАР или групп р-разрядных фазовращателей путем изменения состояний только их младших разрядов, для каждого нового фазового распределения на раскрыве ФАР измеряется уровень помехи на выходе соединяемого с ней приемника, этот уровень сравнивается с записанным ранее, и в память ЦВУ записывается меньшее из значений вместе с кодами соответствующих меньшему уровню помехи состояний р-разрядных фазовращателей ФАР, после этого P-разрядные фазовращатели ФАР по команде ЦВУ устанавливаются в состояния, коды которых записаны в его памяти.

Данный способ по совокупности существенных признаков является наиболее близким к изобретению и выбран в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является значительное повышение достижимого уровня помехового сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника при выходе из строя переключающих элементов р-разрядных фазовращателей ФАР, а также значительное уменьшение отношения сигнал/помеха, вызванное искажением главного максимума диаграммы направленности ФАР и смещением его относительно заданного направления. Это существенно ограничивает область применения известного способа в особенности при предъявлении жестких требований к допустимому снижению уровня полезного сигнала (например, в радиолокации).

Известны радиоэлектронные системы, в состав которых входят системы контроля интегральных характеристик излучения (диаграммы направленности антенны, уровня ее боковых лепестков, точности установки луча и т.д.), позволяющие определять погрешности реализации заданного амплитудно-фазового распределения (АФР) на раскрытие антенны (Патент 4926186 (США), кл. G 01 R 29/08; Lee J.J., e.a. Near-field probe used as a diagnostic tool to locate defective elements in an array antenna // IEEE Trans. Antennas and propag. - 1988, v. 36, N 6, p. 884 - 889), а также формировать управляющие воздействия, компенсирующие эти погрешности (Shnitkin H. Rapid fast fourier transforn phase aligment of an electronically scanned antenna. - In: Proc. 20th Eur. Microwave Conf. 1990, v. 1, p. 247 - 256; Hsiao J.K., Selton J.R. A phased array maintenance monitoring system // Int. Conf. Radar-77, London, 1977, p. 884 - 889). Однако в них контроль и компенсация погрешностей реализации заданного АФР осуществляется без учета сигнально-помеховой обстановки. Кроме того, их реализация требует значительных материальных затрат.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности ФАР при выходах из строя переключающих элементов р-разрядных фазовращателей ФАР и расширение области применения.

Цель достигается тем, что при формировании провалов в диаграмме направленности ФАР в направлениях на источники помех известным способом, в котором после установки р-разрядных фазовращателей исходные состояния, на выходе соединенного с ФАР приемника измеряется и записывается в память цифрового вычислительного устройства (ЦВУ) уровень помехи, по командам ЦВУ 2^N-1 раз (N - число элементов ФАР) изменяются состояния отдельных р-разрядных фазовращателей ФАР или групп р-разрядных фазовращателей путем изменения состояний только их младших разрядов, для каждого нового фазового распределения на раскрыве ФАР на выходе соединенного с ней приемника измеряется уровень помехи и сравнивается с записанным ранее, кроме того, для каждого нового фазового распределения на раскрыве ФАР на выходе соединенного с ней приемника измеряется уровень полезного сигнала и сравнивается с записанным в памяти ЦВУ пороговым уровнем, при этом в ЦВУ записывается при условии превышения уровнем полезного сигнала порогового уровня меньший из сравниваемых уровней помехи вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний р-разрядных фазовращателей ФАР, после чего р-разрядные фазовращатели ФАР по команде ЦВУ устанавливаются в состояния, коды которых записаны в его памяти, коды исходных состояний р-разрядных фазовращателей ФАР, устанавливаемых по командам ЦВУ, определяются после установки р-разрядных фазовращателей ФАР в состояния, соответствующие требуемому положению главного максимума ее диаграммы направленности путем измерения и сохранения в памяти ЦВУ уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника, одновременного изменения состояния каждого из р-разрядных фазовращателей ФАР по командам ЦВУ на величину, равную дискрету их переключения Δϕ(Δϕ = 360^°/2^P), 2^Р - 1 раз, измерения уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника после каждого из 2^P - 1 изменений состояний р-разрядных фазовращателей, сравнения этого уровня с записанным ранее и сохранения в памяти ЦВУ большего из сравниваемых уровней полезного сигнала вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний р-разрядных фазовращателей ФАР, соответствующие максимальному из 2^P измеренных значений уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника коды состояний р-разрядных фазовращателей сохраняются в памяти ЦВУ в качестве исходных, а записанное в памяти ЦВУ максимальное из 2^P значение уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника умножается на коэффициент, определяемый функциональным назначением использующего ФАР радиоэлектронного средства (РЭС), и сохраняется в памяти ЦВУ в качестве порогового уровня.

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется двумя отличительными признаками по сравнению с прототипом: контролем снижения уровня полезного сигнала при проведении процедуры формирования в диаграмме направленности ФАР провалов в направлениях на источники помех путем измерения максимального уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника, определения порогового уровня в соответствии с функциональным назначением РЭС, использующей ФАР, и сравнения уровня полезного сигнала с пороговым в процессе реализации известного способа, а также компенсации искажений АФР на раскрыве ФАР, обусловленных выходами из строя переключающих элементов р-разрядных фазовращателей ФАР путем измерения и сохранения в памяти ЦВУ уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника, одновременного изменения состояния каждого из р-разрядных фазовращателей ФАР по командам ЦВУ на величину, равную дискрету их переключения Δϕ(Δϕ = 360^°/2^P), 2^P - 1 раз, измерения уровня полезного сигнала, на выходе соединенного с ФАР приемника после каждого из 2^P-1 изменений состояний р-разрядных фазовращателей, сравнения этого уровня с записанным ранее и сохранения в памяти ЦВУ большего из сравниваемых уровней полезного сигнала вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний р-разрядных фазовращателей ФАР, сохранения в памяти ЦВУ в качестве исходных кодов состояний р-разрядных фазовращателей, соответствующих максимальному из 2^P измеренных значений уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника, и установкой р-разрядных фазовращателей ФАР в исходные состояния до формирования провалов в диаграмме направленности ФАР в соответствии с известным способом.

Выполнение указанных операций позволяет повысить помехозащищенность ФАР при выходах из строя переключающих элементов р-разрядных фазовращателей ФАР и расширить область применения известного способа.

На фиг. 1 приведен вариант технической реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - диаграмма направленности ФАР, все фазовращатели которой исправны; на фиг. 3 - диаграмма направленности исправной ФАР, после формирования провалов в ее диаграмме направленности в помеховом направлении известным способом; на фиг. 4 - диаграмма направленности ФАР, 10% фазовращателей которой неисправны; на фиг. 5 - диаграмма направленности ФАР, 10% фазовращателей которой неисправны, после формирования провалов в ее диаграмме направленности в помеховом направлении известным способом; на фиг. 6 - диаграмма направленности ФАР, 10% фазовращателей которой неисправны, после формирования провалов в ее диаграмме направленности в помеховом направлении предлагаемым способом.

Изображенное на фиг. 1 устройство содержит N-элементную ФАР 1; N р-разрядных фазовращателей 2; высокочастотный сумматор 3; приемник 4; коммутатор 5; блок 6 детектирования и фильтрации помех; блок 7 измерения уровня помехового сигнала; блок 8 измерения уровня полезного сигнала; цифровое вычислительное устройство 9.

Формирование провалов в диаграмме направленности (ДН) ФАР в направлениях на источники помех по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

После установки р-разрядных фазовращателей ФАР в состояния, соответствующие требуемому положению главного максимума ее ДН, осуществляется измерение и сохранение в памяти ЦВУ уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника. Затем по командам ЦВУ 2^P-1 раз одновременно все р-разрядные фазовращатели ФАР переключаются в очередные дискретные состояния. После каждого переключения осуществляется измерение уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника, сравнение этого уровня с записанным ранее и сохранение в памяти ЦВУ большего из сравниваемых уровней полезного сигнала вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний р-разрядных фазовращателей ФАР. Соответствующие максимальному из 2^P измеренных значений уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника коды состояний р-разрядных фазовращателей сохраняются в памяти ЦВУ в качестве исходных. Записанное в памяти ЦВУ максимальное из 2^P значение уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника умножается на коэффициент, определяемый функциональным назначением использующего ФАР радиоэлектронного средства, и сохраняется в памяти ЦВУ в качестве порогового уровня. По командам ЦВУ в соответствии с записанными в его памяти кодами р-разрядные фазовращатели ФАР устанавливаются в исходные состояния.

После этого на выходе соединенного с ФАР приемника измеряется и записывается в память ЦВУ уровень помехи. Затем по командам ЦВУ 2^N-1 раз (N - число элементов ФАР) изменяются состояния отдельных р-разрядных фазовращателей ФАР или групп р-разрядных фазовращателей путем изменения состояний только их младших разрядов. Для каждого нового фазового распределения на раскрыве ФАР на выходе соединенного с ней приемника измеряются уровень помехи, который сравнивается с записанным ранее, и уровень полезного сигнала, который сравнивается с записанным в памяти ЦВУ пороговым уровнем. При этом в память ЦВУ записывается при условии превышения уровнем полезного сигнала порогового уровня меньший из сравниваемых уровней помехи вместе с кодами состояний р-разрядных фазовращателей ФАР, соответствующих этому уровню. После 2^N-1 изменений состояний р-разрядные фазовращатели ФАР по команде ЦВУ устанавливаются в состояния, коды которых записаны в его памяти.

Устанавливаемое таким образом амплитудно-фазовое распределение на раскрытие ФАР позволяет осуществить снижение уровня помехового сигнала при заданном допустимом уровне снижения уровня полезного сигнала на выходе приемника (пороговом уровне), а также повысить отношение сигнал/помеха.

Повышение помехозащищенности ФАР при выходах из строя переключающих элементов ее р-разрядных фазовращателей осуществляется следующим образом.

Код управления состоянием ij-го фазовращателя (i = номер строки, j - номер столбца ФАР) по предлагаемому способу определяется соотношением:

где
Δϕ - дискрет управления фазой;
Ent{a} - определение целой части числа a;
ϕ_трij - заданное значение фазы тока возбуждения i,j-излучателя ФАР, соответствующее требуемому положению главного максимума диаграммы направленности ФАР;
ϕ_aij - код управления младшим разрядом фазовращателя, принимающий значения:
1 либо 0 - для фазовращателей, младшие разряды которых установлены в соответствии с требуемым направлением главного максимума ДН в состояние 0;
-1 либо 0 - для фазовращателей, младшие разряды которых установлены в соответствии с требуемым направлением главного максимума ДН в состояние 1;
l - номер фазовой подставки, одновременно поступающей в младшие разряды всех фазовращателей ФАР в соответствии с предлагаемым способом (l = 0, 1, 2, ...2^P - 1);
{•} = S_ij - номер дискретного состояния ij-го фазовращателя (S_ij = 0, 1, 2,... ... 2^P - 1).

В выражении (1) функции ϕ_трij и ϕ_aij соответствуют известному способу формирования провалов в диаграмме направленности ФАР в направлениях на источники помех, а фазовая подставка l - предлагаемому способу.

Причинами неисправностей дискретных полупроводниковых фазовращателей являются обрывы либо короткие замыкания в цепях переключающих элементов, а также в цепях, обеспечивающих их питание. В таблице приведены наиболее вероятные варианты неисправностей для трехразрядного проходного pin-диодного фазовращателя.

Приведенные в таблице данные показывают, что фазовращатель, имеющий в своем составе любое сочетание отказавших переключающих элементов, может быть установлен в состояние, соответствующее коду команды управления. Одновременное переключение всех фазовращателей ФАР в очередное дискретное состояние (т.е. на величину дискрета переключения - Δϕ ) при отсутствии в них отказавших переключающих элементов не вызовет искажений фазового фронта излучаемой (принимаемой) ФАР волны. При наличии неисправных переключающих элементов в отдельных фазовращателях ФАР одновременное переключение всех ее фазовращателей и измерение уровня сигнала на выходе приемника при каждом переключении позволит найти такую фазовую подставку l (см. выражение 1), при которой погрешности установки фазовых состояний для неисправных фазовращателей будут практически устранены либо сведены к минимальным значениям.

Например, пусть в 5-элементной линейной ФАР коды фазовых состояний фазовращателей, соответствующие требуемому направлению главного максимума диаграммы направленности ФАР, составляют:
1 - 000, 2 - 001, 3 - 010, 4 - 011, 5 - 100.

Однако в четвертом фазовращателе отказали все переключающие элементы (короткое замыкание - код состояния 111) и погрешность его состояния (в соответствии с таблицей) составляет 180^o, т.е. фазовращатели ФАР примут состояния, соответствующие следующим кодам:
1 - 000, 2 - 001, 3 - 010, 4 - 111, 5 - 100,
что, несомненно, вызовет искажения диаграммы направленности ФАР.

Перевод всех фазовращателей ФАР в очередные фазовые состояния 2^P - 1 раз приведет к следующим результатам:
l = 1, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 001, 2 - 010, 3 - 011, 4 - 100, 5 - 101,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 135^o;
l = 2, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 010, 2 - 011, 3 - 100, 4 - 101, 5 - 110,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 90^o;
l = 3, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 011, 2 - 100, 3 - 101, 4 - 110, 5 - 111,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 45^o;
l = 4, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 100, 2 - 101, 3 - 110, 4 - 111, 5 - 000,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - 0^o;
l = 5, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 101, 2 - 110, 3 - 111, 4 - 000, 5 - 001,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - -45^o;
l = 6, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 110, 2 - 111, 3 - 000, 4 - 001, 5 - 010,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - -90^o;
l = 7, т.е. коды, соответствующие заданному направлению главного максимума, составляют:
1 - 111, 2 - 000, 3 - 001, 4 - 010, 5 - 011,
а погрешность установки четвертого фазовращателя - -135^o.

Таким образом, в рассмотренном примере при одновременном изменении состояний всех фазовращателей ФАР на величину, равную 180^o, что соответствует четвертой фазовой подставке (l = 4), искажения диаграммы направленности ФАР, обусловленные отказами переключающих элементов четвертого фазовращателя, будут скомпенсированы. Для определения номера требуемой фазовой подставки необходимо провести 2^P измерений уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника и путем последовательного сравнения этих уровней выявить наибольший из 2^P. Этот уровень вместе с кодами соответствующих ему состояний фазовращателей ФАР сохраняется в памяти ЦВУ. По командам ЦВУ в соответствии с записанными в его памяти кодами фазовращатели ФАР устанавливаются в исходные состояния и формирование провалов в ее диаграмме направленности по известному способу будет осуществляться для ФАР, фазовращатели которой находятся в состояниях, соответствующих кодам команд ЦВУ.

Следует отметить, что при наличии нескольких неисправных фазовращателей в составе ФАР практически невозможно будет найти фазовую подставку l, при которой все неисправные фазовращатели будут находиться в состояниях, соответствующих кодам команд ЦВУ. Однако в этом случае, контролируя уровень полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника, можно найти такие l, при которых погрешности фазовых состояний неисправных фазовращателей будут наименьшими.

Техническая реализуемость предлагаемого способа может быть проиллюстрирована на примере ФАР, формирование провалов в диаграмме направленности которой осуществляется с помощью р-разрядных фазовращателей по патенту N PS 2505697 (ФРГ) - фиг. 1.

Измерение уровней полезного сигнала и помехи в представленном на фиг. 1 устройстве осуществляется на выходе соединенного с ФАР 1 через высокочастотный сумматор 3 приемника 4 блоками 8 и 9, подключаемыми к его выходу через управляемый командным ЦВУ 9 коммутатор 5. Для выделения помехового сигнала служит блок 6 детектирования и фильтрации помех.

Установка р-разрядных фазовращателей 2 ФАР в дискретные состояния, определяемые заданным направлением излучения, осуществляется по командам, поступающим по ЦВУ 9. При этом коды команд управления р-разрядными фазовращателями 2 ФАР 1 определяются в соответствии с выражением
ϕ_ij= ΔϕEnt{[ϕ_трij]/Δϕ+0,5}. (2)
Соответствующая требуемому положению главного максимума диаграммы направленности ФАР фаза тока возбуждения ее i,j-излучателя ϕ_трij рассчитывается ЦВУ 9 в соответствии с выражением
ϕ_трij = k(id_xcosθ_xo+jd_ycosθ_yo), (3)
где
cos θ_xo и cos θ_yo - направляющие косинусы главного максимума диаграммы направленности ФАР, информация о которых поступает на ЦВУ 9 от центрального процессора РЭС, управляющего его функционированием;
d_x и d_y - расстояния между излучателями ФАР по осям X и Y соответственно;
k = 2π/λ - волновое число.

После этого по команде ЦВУ 9, управляющей работой коммутатора 5, вход блока 8 соединяется с выходом приемника 4 (фиг. 1) и осуществляется измерение уровня полезного сигнала. Результаты измерения поступают на ЦВУ 9 и сохраняются в его памяти.

Затем по командам ЦВУ 9 одновременно все фазовращатели ФАР 2^P - 1 раз переключаются в очередные дискретные состояния в соответствии с алгоритмом:
ϕ(l)ij

= ΔϕEnt{[ϕ_трij]/Δϕ+0,5+l}. (4)
После каждого переключения осуществляется измерение уровня полезного сигнала на выходе приемника 4. В ЦВУ 9 осуществляется сравнение этого уровня с записанным ранее и сохранение в памяти большего из сравниваемых уровней полезного сигнала вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний р-разрядных фазовращателей 2 ФАР 1.

Измерения осуществляются в пределах временного интервала, при котором полезный сигнал практически не изменяется по амплитуде. Трудности, возникающие в этой связи в радиоэлектронных средствах, могут быть преодолены путем использования в качестве полезного сигнала при формировании провалов в диаграмме направленности ФАР 1 специально передаваемых тест-сигналов (тест-пауз) и служебных сигналов (синхросигналов, пилот-сигналов) (Литвинов О.С., Поповский В. В. Особенности построения адаптивных антенн. - В кн.: Проблемы антенной техники / Под ред. Л.Д. Бахраха и Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1989, с. 178 - 186), а также самих информационных сигналов при реализации описанных переключений и измерений за предельно короткий промежуток времени.

Таким образом, в память ЦВУ 9 путем последовательного сравнения записываются только те коды управления состояниями фазовращателей ФАР, при которых измеряемый уровень полезного сигнала принимает наибольшее значение для всех возможных l.

По завершении измерений (при значении фазовой подставки l = 2^P - 1) соответствующие максимальному из 2^P измеренных значений уровня полезного сигнала на выходе приемника 4 коды состояний р-разрядных фазовращателей 2 сохраняются в памяти ЦВУ 9 в качестве исходных, а записанное в памяти ЦВУ 9 максимальное из 2^P значение уровня полезного сигнала на выходе приемника 4 умножается на коэффициент, определяемый функциональным назначением использующего ФАР радиоэлектронного средства, и сохраняется в памяти ЦВУ 9 в качестве порогового уровня.

Затем ЦВУ 9 в соответствии с записанными в его памяти кодами устанавливает р-разрядных фазовращатели 2 ФАР 1 в исходные состояния, соответствующие максимальному из 2^P значению уровня полезного сигнала на выходе приемника 4.

После этого по команде ЦВУ 9, управляющей работой коммутатора 5, вход блока 7 через блок 6 соединяется с выходом приемника 4 (фиг. 1) и осуществляется измерение уровня помехи. Результаты измерения поступают на ЦВУ 9 и сохраняются в его памяти.

Затем отдельные фазовращатели 2 (или группы фазовращателей) в соответствии с известным способом по командам ЦВУ 9 2^N - 1 раз (N - число элементов ФАР) изменяют исходные фазовые состояния путем изменения состояний только младших разрядов. Для каждого нового фазового распределения на раскрыве ФАР по командам ЦВУ 9, управляющим работой коммутатора 5, на выходе приемника 4 измеряются уровень помехи (с помощью блока 7) и уровень полезного сигнала (с помощью блока 8). Уровень помехи сравнивается в ЦВУ 9 с записанным ранее, а уровень полезного сигнала сравнивается с записанным в памяти ЦВУ 9 пороговым уровнем. При этом в память ЦВУ записывается при условии превышения уровнем полезного сигнала порогового уровня меньший из сравниваемых уровней помехи вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний p-разрядных фазовращателей 2 ФАР 1, после чего p-разрядные фазовращатели ФАР по команде ЦВУ устанавливаются в состояния, коды которых записаны в его памяти.

Таким образом, в соответствии с известным способом по командам ЦВУ осуществляется 2^N - 1 переключений только младших разрядов p-разрядных фазовращателей N-элементной ФАР, т.е. реализуется вся совокупность возможных для такого управления состояний N фазовращателей 2 ФАР 1, т.е. 2^N. Алгоритм формирования кодов управления p-разрядными фазовращателями 2 ФАР 1 в соответствии с предлагаемым способом описывается выражением (1).

На фиг. 2 - 5 приведены результаты статического моделирования 15-элементной линейной эквидистантной ФАР, трехразрядные фазовращатели которой имеют производственный разброс ±22,5^o (т.е. ± Δϕ /2). На ФАР воздействует активная помеха, сигнал от которой на выходе приемника 4 имеет уровень, равный уровню полезного сигнала, проходящего в направлении главного максимума ДН АР (т.е. отношение сигнал/шум составляет - ν_п = 0 дБ, фиг. 2). Моделируемое направление прихода помехи: +9^o относительно нормали к плоскости ФАР. Главный максимум диаграммы направленности ФАР находится в направлении, совпадающем с нормалью к ее плоскости. Допустимый уровень снижения полезного сигнала принимался равным -0,3 дБ, т.е. при определении порогового уровня использовался коэффициент, равный 0,8.

Моделировались также отказы (короткие замыкания, обрывы) переключающих элементов, входящих в состав ФАР фазовращателей. При этом реакции неисправных фазовращателей на команды управления, поступающие от ЦВУ 9, соответствуют приведенным в таблице. События появления указанных в ней неисправностей фазовращателей принимались равновероятными.

Обработка результатов моделирования осуществлялась графоаналитическим методом по результатам 200 опытов. В качестве показателя эффективности выбран выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе соединенного с ФАР приемника, определяемый выражением:
W_k= ν_пk-ν_прk,
где
k = 1, 2, - коэффициент, определяющий количество вышедших из строя каналов управления (1 - 10%, 2 - 20%);
ν_п и ν_пр - отношение сигнал/шум на выходе приемника 4 при использовании предлагаемого способа и известного, соответственно.

Формирование провала в диаграмме направленности ФАР в помеховом направлении в соответствии с известным способом при исправном состоянии всех входящих в ее состав фазовращателей приводит к снижению уровня помехи на выходе приемника 4 на 10,4 дБ при снижении уровня полезного сигнала на -0,28 дБ (т.е. отношение сигнал/шум составляет - ν_пр0 = 10,1 дБ; фиг. 3).

Результаты статистического моделирования показывают, что появление отказавших переключающих элементов у 10% фазовращателей ФАР приводит к снижению главного максимума ее ДН до уровня -0,13 дБ и повышению среднего уровня ее боковых лепестков. Отношение сигнал/шум на выходе приемника составит ν_пр = -0,6 дБ (фиг. 3). Использование известного способа позволяет снизить уровень помехи на выходе приемника 4 на 2 дБ, что при снижении уровня главного максимума диаграммы направленности ФАР до -0,2 дБ приведет к повышению отношения сигнал/шум на выходе приемника до уровня ν_пр1 = 1,4 дБ (фиг. 5). Использование же предлагаемого устройства позволяет повысить уровень главного максимума диаграммы направленности ФАР до уровня - 0,07 дБ и снизить уровень помехового сигнала на 3,6 дБ, что приведет к повышению отношения сигнал/шум на выходе приемника до ν_п1 = 4,3 дБ. Следовательно, выигрыш W₁ составит
W₁= ν_п1-ν_пр1= 2,9 дБ.
Для случая появления отказов переключающих элементов у 20% фазовращателей ФАР при заданном значении допустимого уровня снижения полезного сигнала известный способ практически не снижает уровень помехового сигнала (т.е. практически не изменяет форму диаграммы направленности ФАР). В этом случае выигрыш предлагаемого способа по сравнению с известным составляет: W₂ = 1,3 дБ.

Предлагаемый способ позволяет повысить помехозащищенность ФАР при выходах из строя переключающих элементов p-разрядных фазовращателей и реализовать его в РЭС, предъявляющих жесткие требования к допустимому снижению уровня полезного сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения помехозащищенности РЛС и средств связи, использующих в качестве антенной системы антенные решетки с дискретным управлением фазами токов возбуждения излучателей с помощью p-разрядных полупроводниковых фазовращателей. Цель изобретения - повышение помехозащищенности ФАР при выходах из строя переключающих элементов p-разрядных фазовращателей ФАР и расширение области применения. Данный способ реализуется устройством, содержащим N -элементную ФАР, N p-разрядных фазовращателей, высокочастотный сумматор, приемник, коммутатор, блок детектирования и фильтрации помех, блок измерения уровня помехового сигнала, блок измерения уровня полезного сигнала и цифровое вычислительное устройство (ЦВУ). Компенсация искажений амплитудно-фазового распределения на раскрыве ФАР, обусловленных выходами из строя переключающих элементов ее p-разрядных фазовращателей, осуществляется путем одновременного изменения состояния каждого из p-разрядных фазовращателей ФАР по командам ЦВУ на величину, равную дискрету их переключения осуществляемую (2^Р - 1) раз, измерения уровня полезного сигнала на выходе соединенного с ФАР приемника после каждого изменения состояний p-разрядных фазовращателей, сохранения в памяти ЦВУ наибольшего из уровней полезного сигнала вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний p-разрядных фазовращателей ФАР в качестве исходных до формирования провалов в диаграмме направленности ФАР в соответствии с известным способом. Расширить область применения позволяет проведение контроля снижения уровня полезного сигнала при реализации процедуры формирования провалов в диаграмме направленности ФАР. 1 табл., 6 ил.

Способ формирования провалов в диаграмме направленности фазированной антенной решетки (ФАР) в направлениях на источники помех, в котором после установки p-разрядных фазовращателей ФАР в исходные состояния, соответствующие требуемому положению главного максимума ее диаграммы направленности, на выходе соединенного с ФАР приемника измеряется и записывается в память цифрового вычислительного устройства (ЦВУ) уровень помехи, по командам ЦВУ 2^N - 1 раз, где N - число элементов ФАР, изменяются состояния отдельных p-разрядных фазовращателей или групп p-разрядных фазовращателей путем изменения состояний только их младших разрядов, для каждого нового фазового распределения на раскрыве ФАР на выходе приемника измеряется уровень помехи и сравнивается с записанным ранее, при этом в память ЦВУ записывается меньший из сравниваемых уровней помехи вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний p-разрядных фазовращателей, после чего p-разрядные фазовращатели по команде ЦВУ устанавливаются в состояния, коды которых записаны в его памяти, отличающийся тем, что коды исходных состояний p-разрядных фазовращателей определяются путем измерения и сохранения в памяти ЦВУ уровня полезного сигнала на выходе приемника, одновременного изменения 2^P - 1 раз состояний всех p-разрядных фазовращателей по командам ЦВУ на величину, равную дискрету их переключения Δϕ, где Δϕ = 360^°/2^P , измерения уровня полезного сигнала на выходе приемника после каждого из 2^P - 1 изменений состояний p-разрядных фазовращателей, сравнения этого уровня с записанным ранее и сохранения в памяти ЦВУ большего из сравниваемых уровней полезного сигнала вместе с кодами соответствующих этому уровню состояний p-разрядных фазовращателей, записанное в памяти ЦВУ максимальное из 2^P значение уровня полезного сигнала умножается на коэффициент, определяемый функциональным назначением использующего ФАР радиоэлектронного средства, и сохраняется в памяти ЦВУ в качестве порогового уровня, после установки p-разрядных фазовращателей в исходные состояния на выходе приемника наряду с 2^N - 1 измерениями уровня помехи проводятся измерения полезного сигнала, при этом определение наименьшего уровня помехи осуществляется путем сравнения только тех помеховых уровней, которые получены при условии превышения полезным сигналом установленного порогового уровня.