СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НУЛЕЙ В СУММАРНОЙ И РАЗНОСТНОЙ ДИАГРАММАХ НАПРАВЛЕННОСТИ МОНОИМПУЛЬСНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Российский патент 2006 года по МПК H01Q3/26 H01Q25/02 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для повышения точности измерения координат объектов радиолокаторами с моноимпульсными антенными решетками (АР).

Известен способ раздельного формирования нулей в суммарной и разностной ДН моноимпульсной АР [1], основанный на выделении в исходной N-элементной АР двух, расположенных симметрично относительно центра, адаптивных подрешеток, входные 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 и в Р симметричных им по обобщенной координате относительно равносигнального направлениях (p=1, 2...Р).

Недостатком этого способа является сильная зависимость среднеквадратической ошибки измерения угловых координат от направления помехи, обусловленная тем, что стабилизация РСН достигается формированием дополнительных нулей в направлениях, симметричных относительно РСН по обобщенной координате направлениям помех при том, что адаптивная подрешетка разнесена по краям исходной АР. Указанная характеристика пропорциональна величине ε=(μD)^-1, где μ - крутизна пеленгационной характеристики моноимпульсной АР, D - КНД по суммарному каналу.

Предлагаемый способ направлен на устранение присущего известному способу [1] недостатка, позволяет формировать нули в суммарной и разностной ДН моноимпульсной фазированной АР с раздельным формированием лучей при изменении весовых коэффициентов в части устройств комплексного взвешивания и обеспечивает стабилизацию РСН без формирования дополнительного нуля, что существенно улучшает точностные характеристики MAP.

Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг.1. Фиг.2 и фиг.3 иллюстрируют пример формирования нулей по предлагаемому способу в суммарной и разностной ДН MAP соответственно. На фиг.4 и фиг.5 представлены зависимости величины ε от направления помехи ε(Θ_п) для амплитудной суммарно-разностной 20-элементной MAP изотропных излучателей, расположенных с шагом 0,5λ, в которой реализованы известный [1] и предлагаемый способы соответственно, причем луч отклонен от нормали к раскрыву на 10°.

Рассмотрим существо предлагаемого способа. Для подавления Р помех на краю исходной АР выделяют подрешетку, состоящую из (Р+1)-элементов.

Далее, как и в прототипе [1], 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 (Р+1) элементами адаптивной подрешетки, выбирают из условия равенства нулю суммарной и разностной ДН в Р направлениях помех (р=1, 2,..., Р), а также равенства нулю разностной ДН и производной суммарной ДН в равносигнальном направлении (что обеспечивает стабилизацию РСН), а весовые коэффициенты (т.е. фазы, т.к. рассматривается фазированная моноимпульсная АР) сигналов в N-(P+1) элементах выбирают равными их значениям, соответствующим заданному или исходному распределению.

Приведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа [1] показывает - заявленный отличается тем, что изменены условия выполнения операции взвешивания: весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем адаптивной подрешетки, выбирают из условия равенства нулю суммарной и разностной ДН в Р направлениях помех (р=1, 2,..., Р), а также равенства нулю разностной ДН и производной суммарной ДН в равносигнальном направлении, а весовые коэффициенты (фазы) сигналов, принятых остальными N-(P+1) элементами, оставляют равными их значениям, соответствующим заданному или исходному распределению.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере формирования одного нуля. Суммарная и разностная ДН могут быть представлены в виде:

где

f_n(u) - парциальная ДН излучающей системы при возбуждении n-го элемента (n=1, 2,..., N) волной единичной амплитуды и нулевой фазы; в случае изотропных излучателей

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 стабилизации РСН необходимо обеспечить равенство нулю разностной ДН и производной суммарной ДН в направлении Θ₀. Тогда в этом направлении разностная и производная суммарной ДН имеют значения

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

Для формирования в суммарном и разностном каналах нуля в направлении помехи и стабилизации РСН на краю MAP выделяют 2 элемента. Тогда, с учетом (3-6) и условий f_∑(u_п)=0, f_Δ(u_п)=0, f_Δ(u₀)=0,

для суммарной и разностной ДН получим систему линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных комплексных весовых коэффициентов

где

В матричной форме система (7) принимает вид

где [F] - квадратная матрица, порядок которой определяется числом формируемых нулей, и при р=1 имеет вид

- (2P+2) мерный вектор с элементами (при р=1):

Неизвестные комплексные весовые коэффициенты обеспечивающие формирование нуля в суммарной и разностной ДН, а также стабилизацию РСН и нуля разностной ДН, определяются из решения системы 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 Р+1 элементами адаптивной подрешетки, на весовые коэффициенты (12). Сигналы, принятые остальными N-(P+1) 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 РСН на величину ±Δu соответственно. С выходов сумматоров 7 и 8 сигналы, соответствующие лучам моноимпульсной группы, поступают на входы суммарно-разностного преобразователя 9 (например, двойного Т-моста), на выходах 10 и 11 которого формируются разностная f^Δ(u) и суммарная f^∑(u) ДН, имеющие нуль в направлении помехи. На фиг.3 приведены суммарная (непрерывная линия) и разностная (пунктирная линия) ДН MAP с нулем в направлении помехи.

Таким образом, предложенный способ формирования нулей позволяет сформировать нули в направлениях помех как в суммарной, так и в разностной ДН моноимпульсных АР с раздельным формированием лучей путем корректировки комплексных амплитуд токов в элементах адаптивной подрешетки, выделенной на краю АР, и при этом исключить смещение РСН без формирования дополнительных нулей в направлениях, симметричных направлениям помех относительно РСН по обобщенной координате. Это позволяет повысить точность пеленгования объектов в условиях активного радиоэлектронного противодействия. Кроме того, при подавлении нескольких помех в предлагаемом способе требуется меньшее число адаптивных элементов по сравнению со способом [1].

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент №2195054 РФ. Способ раздельного формирования нулей в суммарной и разностной ДН моноимпульсной фазированной антенной решетки. / Мануйлов Б.Д., Башлы П.Н., Климухин Д.В. // БИ 2002, №35.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для повышения точности измерения координат объектов радиолокаторами с моноимпульсными антенными решетками (MAP). Техническим результатом является повышение точности пеленгования объектов в условиях активного радиоэлектронного противодействия. Способ раздельного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности фазированной MAP заключается в выделении на краю исходной N-элементной ФАР адаптивной подрешетки, содержащей адаптируемые излучатели, разделении сигналов, принятых каждым излучателем, на два канала, умножении сигналов, принятых излучателями адаптивной подрешетки, на весовые коэффициенты, фазировании сигналов, принятых излучателями исходной антенной решеткой, суммировании сигналов с одноименных выходов с фазами, обеспечивающими формирование двух лучей моноимпульсной группы, отклоненных от равносигнального направления по обобщенной координате, и в последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности, при этом адаптивная подрешетка содержит Р+1 адаптируемых излучателей, при этом комплексные весовые коэффициенты адаптивных излучателей выбирают из условия равенства нулю суммарной и разностной диаграмм направленности в направлениях помех, а также равенства нулю разностной диаграммы направленности и производной суммарной диаграммы направленности в равносигнальном направлении, а весовые коэффициенты сигналов в остальных излучателях выбирают равными их значениям, соответствующим заданному или исходному распределению. 5 ил.

Способ раздельного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимульсной фазированной антенной решетки, заключающийся в выделении на краю исходной N-элементной фазированной антенной решетки адаптивной подрешетки, содержащей адаптируемые излучатели, разделении сигналов, принятых каждым излучателем, на два канала, умножении сигналов, принятых излучателями адаптивной подрешетки, на весовые коэффициенты, фазировании сигналов, принятых излучателями исходной антенной решетки, 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 адаптивная подрешетка содержит Р+1 адаптируемых излучателей, при этом комплексные весовые коэффициенты адаптивных излучателей выбирают из условия равенства нулю суммарной и разностной диаграмм направленности в Р направлениях помех (р=1, 2,..., Р), а также равенства нулю разностной диаграммы направленности и производной суммарной диаграммы направленности в равносигнальном направлении, а весовые коэффициенты сигналов в остальных излучателях выбирают равными их значениям, соответствующим заданному или исходному распределению.