Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи повышения помехозащищенности систем связи с фазированными антенными решетками (ФАР) при воздействии помех.
Известен способ быстрого подавления лепестков в диаграмме направленности (ДН) равноамплитудной антенной решетки с помощью дополнительных внешних элементов [1] , который основан на предварительной оценке уровня ДН ФАР в направлении максимума подавляемого бокового лепестка, определении амплитудного коэффициента для дополнительных элементов и формировании компенсирующей ДН. Недостатками этого способа являются необходимость управления амплитудными коэффициентами при подавлении боковых лепестков, что неприемлемо для ФАР, содержащих фазовращатели, а также недостаточный уровень подавления боковых лепестков для фильтрации мощных помех.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ формирования нуля ДН ФАР [2], который основан на выделении в исходной N-элементной ФАР двух расположенных симметрично относительно центра исходной ФАР адаптивных подрешеток из M элементов каждая (N>2M), формировании в адаптивных подрешетках линейного фазового распределения с центральной симметрией, изменении крутизны фазового фронта в адаптивных подрешетках до получения приемлемого значения критерия эффективности (например, отношение сигнал/помеха + шум). Известный способ является итерационным, при этом количество итераций и качество подавления помехи зависят от дискрета изменения фазы в адаптивных элементах. Уменьшение величины приращения фазы в адаптивных элементах существенно увеличивает время формирования нуля в ДН - это основной недостаток известного способа, к тому же рассматриваемый способ является приближенным, т.к. в решении не учитывается изменение амплитудных коэффициентов в элементах ФАР при суммировании исходного и дополнительных амплитудно-фазовых распределений.
Предлагаемый способ направлен на устранение данных недостатков. Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг. 1. Фиг. 2 поясняет механизм формирования нуля в исходной ДН. На фиг. 3 представлена синтезированная ДН с нулем в направлении помехи.
Рассмотрим существо предлагаемого способа. На первом этапе синтеза, как и в [1], производят оценку уровня исходной ненормированной ДН N-элементной ФАР в направлении на помеху f(Θп), где Θп - направление помехи, далее, из условия 2M ≥ f(Θп), определяют необходимое количество M пар элементов для формирования нуля в этом направлении. Эти элементы составляют две адаптивные подрешетки из M элементов каждая, но в отличие от прототипа расположение подрешеток фиксировано. Адаптивные подрешетки размещают на краях исходной ФАР симметрично относительно ее центра, после чего с помощью выражения (6) аналитически определяют фазовые поправки ΔΨm, вносимые в m-ю пару адаптивных элементов, где m = 1, 2, ... M (m = 1 соответствует крайней от центра ФАР паре элементов). Выбранные таким образом фазовые поправки ΔΨm, суммируясь с исходным фазовым распределением в элементах адаптивных подрешеток, обеспечивают формирование компенсирующей ДН с уровнем в направлении помехи, равным уровню в этом направлении ФАР из (N-2M) элементов, но с противоположным знаком.
Приведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает - заявленный способ отличается тем, что изменен режим операции определения фазовых поправок для адаптивных элементов ФАР, которые обеспечивают формирование нуля ДН: фазовые поправки для M пар адаптивных элементов выбирают в соответствии с выражением (6) адаптически.
Рассмотрим возможность осуществления заявленного способа на примере одной помехи.
Ненормированная ДН АР может быть описана следующим выражением:
В направлении на помеху Θп уровень ДН имеет значение:
Для формирования компенсирующей ДН выделим в исходной АР две М-элементные адаптивные подрешетки. Тогда синтезированная ДН fc(Θ), с учетом вносимых фазовых поправок ΔΨm, примет вид:
fc(Θ) = fo(Θ) + fk(Θ), (3)
Здесь и далее приняты обозначения:
где
λ, x0 - длина волны и шаг решетки;
Θ - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву;
Θo, Θп - - направление главного максимума и помехи соответственно,
где
- ДН ФАР без компенсирующих (2M) элементов,
- компенсирующая ДН
Из условия
fc(Θп) = fo(Θп)+fk(Θп) = 0, (6)
полагая аргументы всех косинусов в (5) равными, получим значение фазовой поправки ΔΨm для m-й пары адаптивных элементов:
Знак минус в (7) соответствует элементам левой подрешетки, а плюс - правой.
Здесь приняты обозначения:
Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг. 1.
В ФАР, состоящей из N элементов 1 (N=2L+1) и такого же количества фазовращателей 2, исходное фазовое распределение является линейным со сдвигом фаз, соответствующим пространственному запаздыванию волн, падающих с направлений θ0.
Спецвычислитель 3 по исходным данным (Θп, Θo) определяет значение ДН в направлении помехи f(Θп), далее, из условия 2M ≥ f(Θп), определяют количество элементов в адаптивных подрешетках, после чего находят фазовые поправки ΔΨm для каждой из M пар компенсирующих элементов и суммируют их с исходным фазовым распределением соответствующего элемента, по результатам суммирования устройство 3 выдает сигналы, управляющие фазовращателями. Сумматор 4 суммирует сигналы от всех элементов ФАР. Результатом суммирования на выходе 5 является синтезированная ДН с нулем в направлении помехи Θп. .
Поскольку фазовые поправки для элементов адаптивных подрешеток находятся из выражения (7) при условии (6), то в направлении Θп уровень ДН будет равен нулю.
Моделирование по материалам предложенного способа проведено на примере 19-элементной ФАР с шагом решетки 0,5λ. Направление главного максимума Θo = -20o, а направление помехи Θп = -1.6o, что соответствует направлению второго бокового лепестка исходной ДН (см. фиг. 2). Для выбранного примера M=1. На фиг. 2 сплошной линией обозначена ДН fo(Θ) (N-2M)-элементной ФАР, а штриховой - компенсирующая ДН fk(Θ). Направление помехи Θп обозначена вертикальной пунктирной линией. Из фиг. 2 видно, что значение fk(Θп) равно значению fo(Θп), но противоположно по знаку. На фиг. 3 представлена синтезированная ДН fc(Θ) с нулем в направлении Θп. Результаты моделирования подтвердили преимущество заявленного способа по отношению к прототипу: в ДН ФАР сформирован нуль с уровнем не хуже - 300 dB, к тому же фазовые поправки в адаптивных элементах определяют аналитически с помощью простых выражений, не требующих больших временных затрат, что позволит использовать заявленный способ для подавления помех в реальном масштабе времени. Количество элементов 2M выбирают минимально необходимым для формирования нуля ДН, что также позволяет сократить время адаптации реальных систем к мощным помехам.
Источники информации
1. T. El-Azhary, M.S. Afifi, P.S.Excell. Fast Cancellation of Sidelobes in the Pattern of a Uniformly Excited Array Using Extermal Elements. "IEEE Trans. On Antennas and Propagat", 1990, 38, N 12, 1962-1965.
2. Колосов Л. В., Куликов В.В. Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки. / Радиотехника. 1992, N 3, с. 54-59.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи повышения помехоустойчивости систем связи с фазированными антенными решетками (ФАР). Способ формирования нуля диаграммы направленности (ДН) ФАР основан на оценке уровня исходной ненормированной ДН N-элементной ФАР в направлении помехи f(θп), выделении, с учетом условия 2M≥f(θп), двух адаптивных M-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, и введении фазовых поправок в элементы адаптивных подрешеток. Фазовые поправки Δψm для m-й от края пары излучателей (m = 1,2...М) выбирают в соответствии с соотношением
где λ, x0 - длина волны и шаг решетки; θ - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву; θ0,θп - направление главного максимума и помехи соответственно. Знак минус в соотношении соответствует элементам левой адаптивной подрешетки, а знак плюс - правой. Технический результат заключается в уменьшении времени формирования нуля диаграммы направленности. 3 ил.
Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки (ФАР), основанный на оценке уровня ненормированной исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР в направлении помехи f(θп), выделении двух адаптивных М-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, с учетом условия 2M ≥ f(θп), и введении фазовых поправок в элементы адаптивных подрешеток, отличающийся тем, что фазовые поправки Δψm для m-й от края пары излучателей (m = 1,2 ... M) выбирают в соответствии с соотношением
где
λ, x0 - длина волны и шаг решетки;
θ - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву;
θo,θп- направление главного максимума и помехи соответственно,
причем знак минус в соотношении (I) соответствует элементам левой адаптивной подрешетки, а знак плюс - правой.
Колосов Л.В., Куликов В.В | |||
Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки | |||
- Радиотехника, 1992 N 3, с | |||
Видоизменение прибора для получения стереоскопических впечатлений от двух изображений различного масштаба | 1919 |
|
SU54A1 |
"IEEE Trans, On Antennas and Propagat", 1990, 38, N 12, с | |||
Водоотводчик | 1925 |
|
SU1962A1 |
АНТЕННАЯ РЕШЕТКА СРЕДСТВ РАДИОСВЯЗИ С УПРАВЛЯЕМОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ | 1991 |
|
RU2007794C1 |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ | 1993 |
|
RU2040083C1 |
US 4225870 A, 30.09.80 | |||
ПОДБОРЩИК ЗЕРНА | 2016 |
|
RU2626926C1 |
УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ | 2016 |
|
RU2631026C1 |
DE 3223598 C1, 02.05.91 | |||
Втулка плунжерного кольца форм для изготовления стеклотарных изделий | 1950 |
|
SU97073A1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОКАТКИ КОЛЕЦ С НЕСИММЕТРИЧНЫМ ПРОФИЛЕМ ТИПА ФЛАНЦЕВ | 1972 |
|
SU423552A1 |
Авторы
Даты
1998-12-20—Публикация
1998-01-05—Подача