СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НУЛЕЙ В СУММАРНОЙ И РАЗНОСТНОЙ ДИАГРАММАХ НАПРАВЛЕННОСТИ МОНОИМПУЛЬСНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Российский патент 2002 года по МПК H01Q3/26 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи повышения точности ориентации равносигнального направления (РСН) при формировании нулей в диаграммах направленности (ДН) моноимпульсных фазированных антенных решеток (ФАР).

Известен способ формирования нуля ДН фазированной АР [1], который основан на выделении в исходной N-элементной АР двух расположенных симметрично относительно центра исходной АР адаптивных подрешеток из М элементов каждая и введении фазовых поправок в выделенные 2М элементов, обеспечивающих формирование нуля в заданном направлении. Недостатками этого способа являются смещение главного максимума ДН при формировании нуля, достигающее 10% ширины луча по уровню половинной мощности, а также существенное усложнение реализации этого способа в случае формирования двух и более нулей.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ раздельного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток [2], который основан на разделении сигналов, принятых каждым излучателем, на два канала, суммировании сигналов с одноименных выходов делителей со своими весовыми коэффициентами, обеспечивающими формирование двух лучей моноимпульсной группы, отклоненных от РСН по обобщенной координате на ^±Δu, где Δu - расстояние максимумов лучей до РСН, и в последующем образовании суммарной и разностной ДН.

В известном способе формирования нулей весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, в каналах формирования лучей выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной ДН с максимумом, ориентированным в направлении u₀±Δu, для первого и второго лучей соответственно, и двух ДН, обеспечивающих формирование в каждом луче двух нулей в направлениях u_п и 2u₀-u_п соответственно. При этом веса компенсирующих ДН выбирают разными.

Недостатком этого способа является необходимость изменения комплексных весовых коэффициентов (т. е. амплитуд и фаз) во всех 2N устройствах комплексного взвешивания каналов формирования лучей моноимпульсной группы.

Предлагаемый способ направлен на устранение выявленных недостатков известных способов и позволяет формировать нули в суммарной и разностной ДН моноимпульсной фазированной АР с раздельным формированием лучей при изменении весовых коэффициентов в части устройств комплексного взвешивания, а также исключает смещение РСН.

Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг.1. Фиг.2 и фиг.3 иллюстрируют пример формирования нулей в суммарной и разностной ДН MAP соответственно.

Рассмотрим существо предлагаемого способа. Как и в [1], в исходной АР выделяют две подрешетки по Р-элементов в каждой.

Далее, как и в прототипе [2], сигналы, принятые каждым излучателем, разделяют на два канала, суммируют сигналы с одноименных выходов делителей, со своими весовыми коэффициентами, и формируют суммарную и разностную ДН. Однако в отличие от прототипа весовые коэффициенты сигналов, принятых 2Р элементами адаптивных подрешеток, выбирают из условия равенства нулю первого и второго лучей моноимпульсной группы в Р направлениях помех u_п ^p (р=1,2,...,Р) и в Р симметричных им по обобщенной координате относительно РСН направлениях 2u₀-u_п ^p, а весовые коэффициенты (т.е. фазы, т.к. рассматривается фазированная моноимпульсная АР) сигналов в N-2P элементных выбирают равными их значениям, соответствующим заданному или исходному распределению.

Таким образом, так как каждый луч моноимпульсной решетки содержит нули в направлениях u_п ^p и 2u₀-u_п ^p соответственно, то нули в этих направлениях формируются как в суммарной, так и в разностной ДН.

Приведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает - заявленный отличается тем, что изменены условия выполнения операции взвешивания: весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем из адаптивных подрешеток, выбирают из условия равенства нулю первого и второго лучей моноимпульсной решетки в Р направлениях помех u_п ^p и в Р симметричных им по обобщенной координате относительно РСН направлениях 2u₀-u_п ^p, а весовые коэффициенты (фазы) сигналов, принятых остальными N-2P элементами оставляют равными их значениям, соответствующим заданному или исходному распределению.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере формирования одного нуля.

Первый и второй лучи моноимпульсной группы могут быть представлены в следующем виде:


где f_n(u) - парциальная ДН излучающей системы при возбуждении n-го элемента (n=1,2,...,N) волной единичной амплитуды и нулевой фазы;
j(^1,2) - комплексные весовые коэффициенты в каналах формирования лучей;
- обобщенная угловая координата;
N и x₀ - число излучателей и шаг решетки;
λ и θ - длина волны и угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву.

В направлении u_п эти ДН имеют значения


где u_п = u при Θ = Θ_п, Θ_п - направление формируемого нуля.

Для исключения смещения РСН при формировании нулей необходимо сформировать дополнительный нуль ДН, который симметричен первому по обобщенной координате относительно РСН, т.е. в направлении 2u₀-u_п. Тогда в этом направлении ДН первого и второго лучей имеют значения


где u₀ = u при Θ = Θ₀, Θ₀ - равносигнальное направление.

Для формирования в каждом из лучей (f⁽¹⁾(u) и f⁽²⁾(u)) двух нулей выделяют на краях MAP по одному элементу, например 1-й и N-й. Тогда, с учетом (3-6) и условий f⁽¹⁾(u_п), f⁽²⁾(u_п) = 0, а также f⁽¹⁾(2u₀-u_п), f⁽²⁾(2u₀-u_п) = 0 для первого и второго лучей моноимпульсной группы получим две системы линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных комплексных весовых коэффициентов

и

В (7) и (8) учтено, что амплитудное распределение в неадаптируемых элементах ФАР может быть неравномерным, в связи с чем в правые части (7) и (8) введены |J(1,2)n

|.
В матричной форме (7) и (8) принимают вид

где [F] квадратная матрица, порядок которой определяется числом формируемых нулей

- 2P мерные векторы с элементами

Неизвестные комплексные весовые коэффициенты J₁ ⁽¹⁾, J_N ⁽¹⁾, J₁ ⁽²⁾ и J_N ⁽²⁾, обеспечивающие формирование нулей в каждом из лучей моноимпульсной группы в направлениях u_п и 2u₀-u_п, определяются из решения систем линейных уравнений (9), т.е.

Необходимо отметить, что порядок систем линейных алгебраических уравнений ограничивается числом формируемых нулей, что является достоинством предлагаемого способа.

Аналогичным образом могут быть сформированы несколько нулей.

Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг.1. Принятые каждым излучателем 1 сигналы поступают на входы делителей 2 на два направления. Сигналы с одноименных выходов делителей поступают на входы устройств комплексного взвешивания 3 и 4 соответственно, обеспечивающих умножение сигналов, принятых элементами подрешеток, на весовые коэффициенты (12). Сигналы, принятые остальными N-2P элементами, фазируются с помощью фазовращателей 5 и 6 соответственно по линейному либо по более сложному закону. С выходов устройств комплексного взвешивания сигналы поступают в соответствующие высокочастотные сумматоры 7 и 8. Результатом суммирования в устройствах 7 и 8 являются два луча моноимпульсной группы, сдвинутые от PCН на величину ±Δu соответственно, имеющие нули в направлении на помеху u_п, а также в зеркально симметричном ему направлении относительно РCH (2u₀-u_п). С выходов сумматоров 7 и 8 сигналы, соответствующие лучам моноимпульсной группы, поступают на входы суммарно-разностного преобразователя (например, двойного Т-моста), на выходах 10 и 11 которого формируются разностная f^Δ(u) и суммарная f^Σ(u) ДН. Поскольку каждый луч моноимпульсной группы имеет нули в направлении на помеху, то нули в этом направлении формируются как в суммарной, так и в разностной ДН.

На фиг.2 приведены первый (непрерывная линия) и второй (пунктирная линия) лучи моноимпульсной группы с синтезированными нулями в направлениях u_п (25^o) и 2u₀-u_п (-4,3^o), при Θ_o = 10^°. На фиг.3 приведены суммарная (непрерывная линия) и разностная (пунктирная линия) ДН MAP с нулями в указанных направлениях.

Таким образом, предложенный способ формирования нулей позволяет сформировать нули в направлениях помех как в суммарной, так и в разностной ДН моноимпульсных ФАР с раздельным формированием лучей путем корректировки комплексных амплитуд токов в элементах адаптивных подрешеток, выделенных на краях ФАР, и при этом исключить смещение РСН. Это позволяет существенно повысить точность пеленгования объектов в условиях активного радиоэлектронного противодействия.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент 2123743 РФ. Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки./ Мануилов Б.Д., Башлы П.Н., Гладушенко C.Г.// Б.И. 1998. 35.

2. Патент 2133529 РФ. Способ раздельного формирования нуля в суммарной и разностной ДН моноимпульсной антенной решетки./ Мануилов Б.Д., Башлы П.Н.// Б.И. 1999. 20.

Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом изобретения является повышение точности ориентации равносигнального направления при формировании нулей в диаграммах направленности моноимпульсных фазированных антенных решеток. Этот результат достигается тем, что на краях N-элементной фазированной антенной решетки выделяют две адаптивные Р-элементные подрешетки, выходные сигналы которых взвешивают с помощью комплексных взвешивающих устройств, причем комплексные весовые коэффициенты адаптивных подрешеток выбирают из условия равенства нулю первого и второго лучей моноимпульсной группы в Р направлениях помех u_п ^p (p=l,2,...,P) и в Р симметричных им по обобщенной координате относительно равносигнального направления u₀ направлениях 2u₀-u_п ^p. 3 ил.

Способ раздельного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсной фазированной антенной решетки, заключающийся в разделении сигналов, принятых каждым излучателем, на два канала, суммировании сигналов с одноименных выходов с фазами, обеспечивающими формирование двух лучей моноимпульсной группы, отклоненных от равносигнального направления по обобщенной координате на ^±Δu, где Δu - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и в последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности, отличающийся тем, что на краях N-элементной фазированной антенной решетки выделяют две адаптивные Р-элементные подрешетки, выходные сигналы которых взвешивают с помощью комплексных взвешивающих устройств, причем комплексные весовые коэффициенты адаптивных подрешеток выбирают из условия равенства нулю первого и второго лучей моноимпульсной группы в Р направлениях помех u_п ^р (р= 1,2, . . . , Р) и в Р симметричных им по обобщенной координате относительно равносигнального направления uo направлениях 2u₀-u_п ^р.