УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ НУЛЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ В НАПРАВЛЕНИИ ПОМЕХИ Российский патент 2003 года по МПК H01Q3/26 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для подавления помех путем формирования нуля диаграммы направленности (ДН) фазированной антенной решетки (ФАР) в направлении помехи.

Известны устройства для подавления помех с помощью ФАР, например, описанные в [1] , содержащие антенные элементы (АЭ), диаграммо-образующие схемы (ДОС), вычислители весовых коэффициентов (ВВК) ДОС. В этих устройствах в ВВК вводятся угловые координаты помех и полезного сигнала, а ДОС формирует ДН с нулями в направлении помех.

Недостатком этих устройств является необходимость знания угловых координат помех и полезного сигнала.

Известно также устройство, описанное в [1], функциональная схема которого приведена на фиг.1, принятое за прототип, содержащее АЭ 1, ДОС 2, ВВК 3. В этом устройстве ДОС осуществляет взвешенное суммирование сигналов с выходов АЭ, ВВК вычисляет весовые коэффициенты ДОС w₁...w_N, при которых ДОС формирует ДН с нулями в направлении помехи, для чего в ВВК вводятся значения амплитуды и фазы сигналов на выходах АЭ x₁(t)...x_N(t).

Недостатком прототипа является невозможность формирования нулей ДН в ФАР, в которых часть АЭ вышла из строя в процессе эксплуатации, что вызвано необходимостью явного задания характеристик АЭ для вычисления весовых коэффициентов.

Цель предлагаемого изобретения - обеспечение возможности формирования нулей ДН в ФАР, в которых часть АЭ вышла из строя в процессе эксплуатации.

В прототипе для формирования ДН в ДОС необходимо знать координаты АЭ и их передаточные функции. Если эти значения во время эксплуатации изменятся, сформировать требующуюся диаграмму будет невозможно. В предлагаемом устройстве характеристики АЭ не задаются, а вычисляются в процессе формирования весовых коэффициентов. Для этого используется информация об амплитуде полезного сигнала. Амплитуда полезного сигнала сравнивается с амплитудой сигнала на выходе ДОС, с учетом амплитуды и фазы сигнала на выходах АЭ и фазы сигнала на выходе ДОС, для чего в ВВК дополнительно вводятся значения амплитуды и фазы сигнала на выходе ДОС и амплитуды полезного сигнала, и на основе результатов сравнения формируются весовые коэффициенты.

Предлагаемое устройство, как и прототип, содержит АЭ, ДОС, ВВК, сигналы с выходов АЭ подаются В ДОС, ДОС осуществляет взвешенное суммирование сигналов с выходов АЭ, ВВК вычисляет весовые коэффициенты ДОС, для чего значения амплитуд и фаз сигналов с выходов АЭ вводятся в ВВК, и, в отличие от прототипа, в ВВ дополнительно вводятся значения амплитуды и фазы сигнала на выходе ДОС и амплитуды полезного сигнала.

В частных случаях исполнения устройства каждый АЭ может иметь собственный коэффициент передачи, собственную диаграмму направленности, АЭ могут осуществлять предварительное усиление и преобразование частоты сигнала, амплитуда полезного сигнала может изменяться по закону широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляции, значения амплитуды и фазы сигнала на выходе ДОС, амплитуды полезного сигнала, перед вводом в вычислитель весовых коэффициентов, могут определяться программно.

Помимо основного технического результата, предлагаемое устройство обеспечивает компенсацию взаимного влияния АЭ, влияния элементов конструкции и технологических погрешностей изготовления ФАР. В случае не программного определения значений амплитуды и фазы сигнала на выходе ДОС устройство позволяет компенсировать погрешности ДОС.

На фиг.1 изображена функциональная схема прототипа. На фиг.2 изображена функциональная схема изобретения.

Устройство, изображенное на фиг.2, содержит АЭ 1, ДОС 2, ВВК 3, сигналы с выходов АЭ x₁(t)...x_N(t) подаются в ДОС, ВВК вычисляет весовые коэффициенты ДОС w₁...w_N, в ВВК вводятся значения амплитуд и фаз сигналов с выходов АЭ x₁(t)...x_N(t), сигнала на выходе ДОС Y'(t) и амплитуды полезного сигнала |Y(t)|.

Устройство работает следующим образом. В ВВК весовым коэффициентам w₁... w_N присваиваются начальные значения. Сигналы x₁(t). ..x_N(t) с выходов АЭ поступают в ДОС, в которой, путем их взвешенного суммирования, формируется ДН и образуется выходной сигнал Y'(t)

где Y'(t) - сигнал на выходе ДОС в момент времени t,
N - количество АЭ;
w_i - i-й весовой коэффициент;
x_i(t) - сигнал на выходе i-го АЭ в момент времени t.

В ВВК вводятся x₁(t)...x_N (t), Y'(t),|Y(t)|. Затем w₁-w_N получают приращения, которые могут вычисляться, например, по формулам


где ΔRеw_i - приращение действительной части i-го весового коэффициента;
ΔImw_i - приращение мнимой части i-го весового коэффициента;
k₁, k₂ - постоянные коэффициенты;
T - период, в течение которого измерялись параметры сигналов;
|Y(t)| - амплитуда полезного сигнала в момент времени t;
|Y′(t)| - амплитуда сигнала на выходе ДОС в момент времени t;
x_i(t) - сигнал на выходе i-го АЭ в момент времени t;
Y'(t) - сигнал на выходе ДОС в момент времени t.

Действительные и мнимые части сигналов могут определяться через их амплитуды и фазы по формулам Эйлера.

В ВВК вновь вводятся x₁(t)...x_N(t), Y'(t), |Y(t)| и вычисляются ΔRеw_i, и ΔImw_i.

В случае, если Y'(t) или |Y(t)| перед вводом в ВВК не измеряются, а вычисляются программно, Y'(t) по приведенной выше формуле, a |Y(t)| по формуле для амплитуды полезного сигнала, в ВВК вводятся значения x₁(t)... x_N(t) в те моменты времени, которые использовались в вычислениях Y'(t) или |Y(t)|. При вычислении Y'(t) могут применяться значения x₁(t)...x_N(t) от предыдущей итерации.

Процедура повторяется до момента формирования ДОС ДН с нулями в направлении помехи. Это достижимо, т.к. описанная процедура представляет собой разновидность градиентного синтеза ДН, описанного, например, в [2]. В данном случае для синтеза ДН используются не виртуальное обучающее множество, а реально существующие сигналы, что позволяет синтезировать ДН, адаптированную к реально существующим характеристикам элементов и помеховой обстановке.

АЭ, ДОС, осуществляющие взвешенное суммирование сигналов от АЭ, хорошо известны [2].

ЛИТЕРАТУРА
1. Драгалин В.В., Казаков В.Д., Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф., Чернов М.В. Способы и алгоритмы помехозащиты бортовых радиолокационных систем от многоточечных помех. - Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 2001, 2, с. 1-52.

2. Воскресенский Д.И., Кременецкий С.Д., Гринев А.Ю., Котов Ю.В. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. - М.: Радио и связь, 1988.

Устройство формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки в направлении помехи относится к приборостроению и может быть использовано для подавления помех. Техническим результатом является обеспечение возможности формирования нулей диаграммы направленности в решетках, в которых часть элементов вышла из строя во время эксплуатации, компенсацию взаимного влияния антенных элементов (АЭ), влияния частей конструкции и технологических погрешностей изготовления фазированной антенной решетки путем использования информации об амплитуде полезного сигнала. В частных случаях исполнения устройство дополнительно позволяет компенсировать погрешности диаграммо-образующей схемы (ДОС). Устройство содержит АЭ, ДОС, вычислитель весовых коэффициентов (ВВК), сигналы с выходов АЭ подаются в ДОС, ДОС осуществляет взвешенное суммирование сигналов с выходов АЭ, ВВК вычисляет весовые коэффициенты ДОС, в ВВК вводятся значения амплитуд и фаз сигналов с выходов АЭ, и, в отличие от прототипа, в ВВК дополнительно вводятся значения амплитуды и фазы сигнала на выходе ДОС и амплитуды полезного сигнала. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки в направлении помехи, содержащее антенные элементы, диаграммообразующую схему, вычислитель весовых коэффициентов, в котором сигналы с выходов антенных элементов подаются в диаграммообразующую схему, диаграммообразующая схема осуществляет взвешенное суммирование сигналов с выходов антенных элементов, вычислитель весовых коэффициентов вычисляет весовые коэффициенты диаграммообразующей схемы, значения амплитуд и фаз сигналов с выходов антенных элементов вводятся в вычислитель весовых коэффициентов, отличающееся тем, что в вычислитель весовых коэффициентов дополнительно вводятся сигнал на выходе диаграммообразующей схемы и значение амплитуды полезного сигнала, а весовые коэффициенты корректируются по формулам


где ΔRew_i - приращение действительной части i-го весового коэффициента;
ΔImw_i - приращение мнимой части i-го весового коэффициента;
k₁, k₂ - постоянные коэффициенты;
Т - период, в течение которого измерялись параметры сигналов;
|Y(t)| - амплитуда полезного сигнала в момент времени t;
|Y′(t)| - амплитуда сигнала на выходе ДОС в момент времени t;
Хi(t) - сигнал на выходе i-го АЭ в момент времени t;
Y'(t) - сигнал на выходе ДОС в момент времени t. 2. Устройство формирования нуля диаграммы направленности по п.1, отличающееся тем, что каждый антенный элемент имеет собственный коэффициент передачи. 3. Устройство формирования нуля диаграммы направленности по п.1, отличающееся тем, что антенные элементы осуществляют предварительное усиление сигнала. 4. Устройство формирования нуля диаграммы направленности по п.1, отличающееся тем, что антенные элементы осуществляют преобразование частоты сигнала. 5. Устройство формирования нуля диаграммы направленности по п.1, отличающееся тем, что каждый антенный элемент имеет собственную диаграмму направленности. 6. Устройство формирования нуля диаграммы направленности по п.1, отличающееся тем, что амплитуда полезного сигнала изменяется по закону широтно-импульсной модуляции. 7. Устройство формирования нуля диаграммы направленности по п.1, отличающееся тем, что амплитуда полезного сигнала изменяется по закону частотно-импульсной модуляции.