Распределенная система управления лучом Российский патент 2017 года по МПК H01Q3/30 

Изобретение относится к области антенной техники сверхвысоких частот, в частности, к плоским фазированным антенным решеткам (ФАР) с фазовым электронным сканированием, построенным на основе ферритовых фазовращателей (ФВ), и может быть использовано для создания систем управления лучом (СУЛ) фазированных антенных решеток с командным методом управления, построенных по модульному принципу, с повышенными требованиями к скорости переключения луча.

Известны СУЛ, формирование кодов управления фазовращателями в которых происходит в едином блоке, централизованно для всех элементов ФАР с использованием строчно-столбцового метода (Самойленко В.И., Шишов Ю.А. Управление фазированными антенными решетками / В. И. Самойленко, Ю.А. Шишов. - М.: Радио и связь, 1983. - 165-199 с; патент США №3611401, МПК H01Q 3/26, 1968). При этом на вход такой СУЛ подают величины, пропорциональные требуемому отклонению луча по азимуту и углу места, а на выходе получают коды управления всеми ФВ решетками.

К недостаткам таких СУЛ относят: зависимость времени расчета кодов управления от количества фазовращателей в ФАР, что затрудняет построение ФАР с большим числом элементов; сложность электрических соединителей для передачи кодов управления от СУЛ к каждому из элементов; низкую ремонтопригодность, надежность и помехозащищенность ФАР с таким типом СУЛ.

Избежать указанных недостатков можно при помощи устройств, коды управления ФВ в которых просчитаны заранее и загружены в энергонезависимую память, расположенную на устройствах, распределенных по ФАР и предназначенных для управления одним или несколькими ФВ. Такой подход позволяет упростить электрические соединители, передавая по ним коды отклонений луча, одинаковые для всех элементов ФАР, но накладывает ограничения по количеству позиций луча в пространстве или требует чрезмерно больших объемов памяти.

Известны распределенные СУЛ, в которых по антенной цепи управления передаются величины, пропорциональные отклонению луча по азимуту и углу места, а расчет кодов управления для каждого ФВ или группы ФВ определяется закрепленным за ним вычислительным устройством (Патенты США №№4980691, МПК H01Q 3/22, 1989; 5008680, МПК H01Q 3/22, 1988; 5027126, Н01Q 3/22, 1989; 5339086, Н01Q 3/22, 1993; 6522294, Н01Q 3/22, 2001).

Недостатками известных устройств является ограничение на количество распределенных по ФАР вычислительных устройств вследствие ограничений на количество подключенных устройств к выходу центрального контроллера СУЛ, что затрудняет разработку ФАР с большим количеством элементов, отсутствие возможности произвольной установки фазы в элементы, что необходимо для их фазирования, слабые возможности встроенного контроля (например, на короткое замыкание в каналах или обрыв), аппаратная избыточность (вычислитель для каждого элемента ФАР).

Известна СУЛ ФАР, содержащая n каналов управления ФВ, шину тактовых импульсов, шину передачи данных, постоянное запоминающее устройство, в которой каждый канал управления выполнен в виде нескольких схем управления, соединенных с шинами передачи данных и тактовых импульсов, при этом шина передачи данных выполнена в виде последовательной одноразрядной шины, а каждая схема управления соединена с шинами импульсов записи и текстовых импульсов (Патент РФ на ПМ №106044, МПК H01Q 3/00, 2011 г.). В данной СУЛ ФАР коды управления ФВ рассчитываются для группы ФВ в однотипных модулях СУЛ, по одному модулю на группу ФВ, а результат расчета для снижения количества проводников в электрических соединителях передается последовательно, через сдвиговые регистры и загружаются в регистры управления каждого ФВ.

Недостатком известного устройства является метод последовательной загрузки результатов расчета в регистры управления ФВ, что требует дополнительного времени и снижает скорость переключения луча СУЛ, ограничение на количество модулей на линии связи с центральной ЭВМ.

Недостатками с точки зрения применения известных устройств для управления ферритовыми ФВ является отсутствие регулирования напряжений намагничивания и размагничивания ФВ, отсутствие непрерывного контроля коротких замыканий в каналах управления ФВ.

Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является устройство командного управления фазовращателями ФАР, состоящее из фазируемых элементов, каждый из которых содержит обмотки управления ферритовым ФВ, драйверов сброса и установки фазы для каждого ФВ стоковыми ключами сброса и установки фазы, соединенными соответственно с обмотками управления, многоканального формирователя импульсов управления токовыми ключами сброса и установки фазы, центрального вычислительного устройства (Патент РФ на изобретение №2316854, МПК H01Q 3/30, 2006 г.). Устройство обеспечивает формирование кодов управления для ФАР и реализует распределенный метод расчета кодов управления, содержит микроконтроллер и FLASH память, т.е. электрически стираемое перепрограммируемое запоминающее устройство (ЭСППЗУ). При определении кодов управления ФВ учитываются показания встроенного датчика температуры. Устройство реализует минимизацию энергетических затрат на размагничивание ФВ посредством предварительного определения максимально потребного времени размагничивания для каждого времени намагничивания индивидуально для каждого ФВ. Для этого используется единственная для всех каналов управления ФВ измерительная схема, что является преимуществом устройства.

Недостатками известного устройства являются:

- ограничения на размер ФАР вследствие ограничений на одновременное количество устройств, подключенных к интерфейсу универсального последовательного канала, через который совокупность устройств соединяется с цифровым процессором данных. Например, для микросхем LTC2859, обеспечивающих формирование уровней RS-485/RS-422, количество приемопередатчиков на линии ограничено числом 256;

- отсутствие возможности встроенного непрерывного контроля короткого замыкания (КЗ) и обрыва в каналах управления, что может привести к превышениям потребляемого тока в случае появления неисправности в канале управления;

- наиболее быстрое и полное размагничивание ФВ с максимальной скоростью можно произвести подачей значительного тока. Использование в качестве защиты канала ограничителя тока увеличит время размагничивания ФВ (метод многократной подачи импульсов размагничивания) или снизит точность установки фазы;

- предложенная схема предварительного измерения длительности импульса сброса по предельному циклу петли гистерезиса ферритового фазовращателя обладает низкой точностью (точность зависит от расстояния от измерительного резистора R₀ до АЦП, не применяется дифференциальный метод измерения) и помехозащищенностью в условиях работы в составе РЛС. При этом в случае большой погрешности или сбоя определения значения размагничивания неправильные величины времени сброса могут вывести из строя канал управления ФВ в течение сеанса работы устройства;

- в случае появления КЗ в канале управления ФВ в процессе работы, размагничивание будет проводиться при помощи импульсов заранее определенной величины без учета КЗ, что приведет к падению напряжения на источнике питания и повлияет на точность установки фазы в остальных ФВ;

- невозможно синхронное изменение состояний ФВ во всей ФАР, что влечет за собой снижение точности установки фазы за счет различных условий установки ФВ в процессе перестановок луча;

- для обеспечения точности установки фазы требуется использование прецизионного источника напряжений (увеличение габаритов, стоимости и энергопотребления устройства).

Достигаемый технический результат - повышение точности установки фазы в ФВ, улучшение масштабируемости (обеспечение возможности создания ФАР с большим количеством ФВ), улучшение эксплуатационных характеристик (надежности, живучести), увеличение скорости расчета кодов управления ФВ и переключения диаграммы направленности ФАР, унификация программного обеспечения (ПО) СУЛ путем минимизации зависимости ПО от конструкции СУЛ, снижение стоимости и уменьшение массы и габаритов устройства.

Технический результат в распределенной системе управления лучом фазированной антенной решетки, в состав которой входят не менее чем один узел управления лучом, состоящий из контроллера управления лучом, датчика температуры, ЭСППЗУ, автомата управления перемагничиванием ФВ, сопряженного с не менее чем одним формирователем импульсов, содержащим датчик тока размагничивания и передающим на обмотку ФВ управляющие импульсы, достигается за счет того, что узлы управления лучом объединены в не менее чем один блок управления лучом, в состав которого дополнительно введен узел памяти и обмена, содержащий контроллер, ЭСППЗУ, в состав узла управления лучом введены коммутатор сигналов, вторичный источник питания намагничивания, вторичный источник питания размагничивания, при этом вход вторичного источника питания размагничивания соединен с выходом вторичного источника питания намагничивания, выходы источников питания соединены с соответствующими входами формирователей импульсов.

Вход сигнала синхронизации перемагничивания ФВ каждого узла управления лучом соединен с входом внешней синхронизации системы управления лучом.

В состав автомата управления перемагничиванием ФВ введен блок защиты от превышения частоты перемагничивания ФВ, на входы которого подан сигнал тактирования, сигналы сброса, синхронизации перемагничивания ФВ, окончания цикла перемагничивания, минимальной длительности периода повторения перемагничивания, а выход соединен со входом контроллера узла памяти и обмена.

В состав узла управления лучом введен блок регистрации ошибок синхронизации, на входы которого поданы сигналы синхронизации перемагничивания ФВ и признака расчета, сброса, а выход соединен со входом контроллера узла памяти и обмена.

В состав узла управления лучом дополнительно введены аналогово-цифровой преобразователь, вход которого через встроенный коммутатор подключен к источнику напряжения намагничивания и источнику напряжения размагничивания, и управляемый резистор, подключенный к источнику напряжения намагничивания.

Контроллер узла памяти и обмена выполнен на основе интегральной микросхемы.

Контроллер узла управления лучом, автомат управления перемагничиванием ФВ и коммутатор сигналов узла управления лучом выполнены на основе интегральной микросхемы.

Заявляемая распределенная система управления лучом ФАР обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемая система, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей, где:

- на фиг. 1 представлена структурная схема распределенной СУЛ;

- на фиг. 2 - часть структурной схемы распределенной СУЛ, поясняющая принцип управления ФВ;

- на фиг. 3 - структурная схема автомата управления перемагничиванием ФВ;

- на фиг. 4 - структурная схема блока защиты;

- на фиг. 5 - граф переходов между состояниями конечного автомата из состава автомата управления перемагничиваением;

- на фиг. 6 - структурная схема подсистемы питания ФВ;

- на фиг. 7 - циклограмма перемагничивания ФВ и соответствующие сигналы управления;

- на фиг. 8 - циклограмма тестирования ФВ и соответствующие сигналы управления;

- на фиг. 9 - циклограммы перемагничивания нескольких ФВ и временные соотношения между ними.

Распределенная СУЛ ФАР содержит один или несколько блоков 1 управления лучом (БУЛ), предназначенных для управления группой 2 ФВ и состоящих из одного узла 3 памяти и обмена (УПО) и одного или более узлов 4 управления лучом (УУЛ).

Каждый УУЛ 4 управляет подгруппой 5 ФВ, состоящей из совокупности однообмоточных ферритовых ФВ 6. Подгруппы 5 ФВ управляемые БУЛ 1 формируют группы 2 ФВ, совокупность которых формирует полотно ФАР таким образом, что ФВ 6 установлены в узлах координатной сетки (например, гексагональной). Подгруппы ФВ 5 могут быть конструктивно объединены с УУЛ 4.

УПО 3 состоит из однонаправленного преобразователя 7 уровня сигнала RS-422/КМОП, двунаправленного преобразователя 8 уровня сигнала RS-422/КМОП, мультиплексора 9 сигнала синхронизации, контроллера 10 УПО 3, электрически стираемого перепрограммируемого запоминающего устройства (ЭСППЗУ) 11. При этом мультиплексор 9 сигнала синхронизации и контроллер 10 могут быть выполнены на основе одной интегральной схемы.

УУЛ 4 состоит из детектора 12 фронта сигнала, мультиплексора 13 сигнала синхронизации, блока 14 регистрации ошибки синхронизации, контроллера 15, автомата 16 управления перемагничиванием ФВ (АУП ФВ), коммутатора 17 сигналов управления ФВ, набора из N формирователей 18 импульсов (ФИ 1…j…N), ЭСППЗУ 19, датчика 20 температуры, источника 21 тактового сигнала СLK, вторичного источника 22 напряжения намагничивания U_н, вторичного источника 23 напряжения размагничивания U_p управляемого резистора 24, аналогово-цифрового преобразователя 25 (АЦП). При этом детектор 12 фронта сигнала, мультиплексор 13 сигнала синхронизации, блок 14 регистрации ошибки синхронизации, контроллер 15, АУП 16 ФВ, коммутатор 17 выполнены на основе одной интегральной схемы.

Формирователь 18 импульсов состоит из элемента НЕ 26, буферных устройств 27, ключа 28 намагничивания, ключа 29 размагничивания, конденсаторов С₀ и С₁ датчика тока размагничивания в виде токоизмерительного резистора Ro, схемы 30 согласования уровней.

Блок 14 регистрации ошибок синхронизации состоит из элемента И31, JK-триггера 32.

АУП 16 ФВ состоит из блока 33 защиты, блока 34 конечного автомата (КА), формирователя 35 управляющих импульсов (ФУИ), делителя 36 частоты. ФУИ35 состоит из счетчика 37 перемагничивания, элементов И38.

Блок 33 защиты состоит из защитного счетчика 39, детектора 40 фронта, элементов И41 и 42, счетчика 43 количества перемагничиваний, JK-триггера 44.

УПО 3 всех БУЛ 1 Объединены с внешней ЭВМ:

- сетью однонаправленного сигнала внешней синхронизации ВSЕТ, который формируется во внешней ЭВМ и после преобразования уровня в однонаправленном преобразователе 7 уровня сигнала, в зависимости от кода управления мультиплексором 9, может быть передан во все УУЛ 4;

- интерфейсом RS-422, по которому синхронно во все контроллеры 10 УПО 3 всех БУЛ 1, являющиеся в этой сети ведомыми устройствами, поступают команды управления от внешней ЭВМ. При этом в БУЛ 1 через электрический соединитель сети RS-422 перемычками устанавливается уникальный в СУЛ адрес блока, при указании которого в команде идентифицируется адресуемый БУЛ 1. Обмен данными по интерфейсу RS-422 ведется в полудуплексном режиме. Выходы преобразователя 8 уровня подключаются к интерфейсу RS-422 только в момент передачи ответа на команду.

Все УУЛ 4 объединены с УПО 3 шиной SPI, на которой контроллер УПО 3 является ведущим устройством, а микроконтроллер УУЛ-ведомым. При этом УПО обладает возможностью передачи данных по шине SPI одновременно всем УУЛ или одному выбранному УУЛ. Скорость информационного обмена по шине SPI выше, чем по интерфейсу RS-422.

Каждый УУЛ 4 подключен к УПО 3 отдельной для каждого УУЛ 4 шиной I²С, по которой происходит обмен данными между контроллером 10 УПО, управляемым резистором 24 и АЦП 25. При этом контроллер 10 УПО 3 является ведущим устройством на шине I²С, а управляемый резистор 24 и АЦП 25-ведомыми устройствами.

Во все БУЛ 1 подается напряжение питания U_n, которое посредством УПО 3 передается во все УУЛ 3 БУЛ 1 и подается на вторичный импульсный источник 21 напряжения намагничивания U_н, который питает вторичный импульсный источник 23 напряжения размагничивания U_р. Напряжение питания U_н и U_р подаются на формирователи 18 импульсов.

ЭСППЗУ 11 содержит программы контроллера 10 УПО 3 и контроллера 16 УУЛ 4. Контроллер 10 УПО 3 при подаче питания считывает программу из ЭСППЗУ 11, обеспечивает передачу в УУЛ 4 программ контроллеров 16 УУЛ 4, передает в контроллер 15 УУЛ 4 адрес БУЛ 1 и адрес УУЛ 4- в БУЛ 1.

При получении адреса контроллер 15 УУЛ 4 формирует:

- импульс сигнала сброса RESET, при помощи которого АУП 16 ФВ и блок 14 регистрации ошибки синхронизации переводятся в исходное состояние;

- сигнал SEL, который подается в коммутатор 17 сигналов для выбора коммутации каналов управления АУП 16 ФВ и соответствующих им ФИ 18 для обеспечения требуемого упорядочивания ФВ6 и исключения использования номера ФИ 18 [l…j…N] на процесс управления ФВ6. Таким образом, контроллер 15 УУЛ 4 получает, например, доступ к ФВi без необходимости получения информации о номере ФИj, нумерация каналов АУП 16 ФВ совпадает с нумерацией ФВ 6 в подгруппе 5 ФВ.

Внешняя ЭВМ по сети управления RS-422 может передавать команды в любой УПО 3 или любой УУЛ 4 любого БУЛ 1 и получать ответы от них. Для обеспечения связи внешней ЭВМ с УУЛ 4 контроллер 10 УПО 3 побайтно транслирует команды, получаемые по интерфейсу RS-422, винтерфейс SРI, а также выполняет обратную передачу данных, полученных по SPI от адресуемого командой УУЛ 4, во внешнюю ЭВМ по интерфейсу RS-422. По команде внешней ЭВМ контроллер 10 УПО 3 позволяет выполнять групповые операции над УУЛ 4, заключающиеся в последовательной подаче команд во все УУЛ 4 БУЛ 1 и последующей передачей ответа от контроллера 10 УПО 3 во внешнюю ЭВМ.

ЭСППЗУ 19 содержит параметры (крутизна и начальная фаза) всех ФВ 6 соответствующей подгруппы ФВ 5 и дополнительные поправки, используемые для расчета времени намагничивания ФВ 6 в процессе установки луча. Параметры ФВ 6 и дополнительные поправки хранятся для всех возможных используемых частот СВЧ-сигнала (рабочие частоты). Параметры ФВ 6 хранятся для нескольких температурных диапазонов, номер текущего температурного диапазона контроллер 15 УУЛ 4 определяет при помощи подключенного к нему датчика 20 температуры.

В АУП 16 ФВ в зависимости от сигналов управления мультиплексорами 9 и 13 может быть подан внешний сигнал синхронизации BSET, сигнал синхронизации от контроллера 10 УПО 3PSET1, сигнал синхронизации от контроллера 15УУЛ APSET2. В результате на выходе мультиплексора 13 формируется сигнал SET.

Контроллер 15 УУЛ 4 задает постоянные параметры работы АУП 16 ФВ:

- SET_MIN - минимально-допустимое время следования импульсов SET;

- TRMG - время размагничивания для всех ФВ 6;

- CLK_DIV- коэффициент для делителя 36 частоты.

Распределенная система управления лучом ФАР работает следующим образом.

По команде от внешней ЭВМ контроллер 15УУЛ 4 рассчитывает время намагничивания всех ФВ 6 соответствующей подгруппы ФВ 5 для обеспечения отклонения луча в заданном направлении. Команда на расчет времени намагничивания содержит параметры отклонения луча от нормали к антенному полотну по азимуту и углу места, номер рабочей частоты и номер требуемого расширения диаграммы луча. Для расчета времени намагничивания контроллер 15 УУЛ 4 использует данные, хранимые в ЭСППЗУ 19:

- параметры ФВ 6 для соответствующей рабочей частоты и номера температурного диапазона;

- фазовые поправки фронта СВЧ-волны группы 2 ФВ для соответствующей рабочей частоты и номера температурного диапазона;

- фазовые поправки расширения луча для соответствующей рабочей частоты и номера расширения луча для каждого ФВ 6 подгруппы 5 ФВ.

На время расчета времени намагничивания контроллер 15 УУЛ 4 устанавливает сигнал COUNT=1, время намагничивания ФВ не рассчитано, перемагничивание невозможно. В случае если в процессе расчета поступает сигнал SET, блок 14 регистрации ошибки синхронизации вырабатывает сигнал ошибки синхронизации ERR2, который сохраняется до завершения работы или подачи сигнала RESET. Вход триггера 32TS отвечает за установку выхода ТО в состояние логической 1, вход RS отвечает за установку выхода ТО в состояние логического 0.

В результате расчета времени намагничивания в регистры АУП 16 ФВ записываются:

- набор рассчитанных значений времени намагничивания TMG [1…N], где N - количество ФВ 6 в подгруппе 5 ФВ;

- вектор разрешения работы ФВ 6EN [1…N] (разрешает работу только исправным ФВ). Для перевода АУП 16 ФВ в режим перемагничивания ФВ сигнал TEST=1.

Для применения результатов расчета времени намагничивания внешняя ЭВМ подает импульсный сигнал синхронизации BSET, причем мультиплексоры 9 и 13 настроены таким образом, что SET=BSET. Импульс BSET запускает процесс перемагничивания в АУП 16 ФВ. На схеме упрощенно показана структура АУП 16 ФВ с одним из NФУИ 35.

Блок 33 защиты задает минимальный период следования импульсов SET, производит подсчет количества импульсов SET и регистрирует ошибку синхронизации ERR1.

При подаче сигнала RESET блок 33 защиты переводится в исходное состояние: защитный счетчик 39 сбрасывается в ноль, что приводит выход С0 в состояние логической 1, выход JK-триггера ошибки ERR 1 сбрасывается в логический 0, счетчик 43 импульсов перемагничивания сбрасывается в ноль.

Отсчет времени запрета подачи очередного импульса SET в ЛФ 34 осуществляется декрементным защитным счетчиком 39. Если КА 34 находится в состоянии «СТОП» или «СТОП ТЕСТ» (КА вырабатывает сигнал COMPL_S=1), а также если защитный счетчик 39 содержит ноль (вырабатывает сигнал С0=1), импульс SET проходит через элемент И41, формируется импульс запуска START КА 34, а также в защитный счетчик 39 загружается значение SET_MIN, счетчик начинает счет импульсов СLK вниз, счетчик импульсов перемагничивания 43 инкрементируется, для этого детектор 40 фронта выделяет импульс включения EN счетчика 43 длиной в период импульса CLK. B случае если в процессе отсчета времени SET_MIN проходит импульс SET, JK-триггер 44 формирует сигнал ошибки синхронизации ERR1.

Импульс сигнала запуска КА 34 START, в случае если сигнал TEST=0 приводит к запуску перемагничивания ФВ 6, что обеспечивается переходом КА 34 из состояния «СТОП» или «СТОП ТЕСТ» по состояниям «СБРОС» - «РАЗМАГН.» - «ПАУЗА 1» - «ПАУЗА 2»- «НАМАГН.» -«ПАУЗА 5» - «СТОП». На фиг. 5 показаны условия перехода между состояниями, при этом через t обозначено время нахождения КА 34 в текущем состоянии, t_m - время намагничивания, t_p1 ,t_p2, t_p3 - время паузы, t_dm - время размагничивания. Переход по состояниям КА 34 приводит к формированию сигналов управления ФУИ 35: сигнала типа работы намагничивание/размагничивание S/R, сигнала разрешения работы счетчика 37 перемагничивания CNTEN_i, сигнала выбора входа загрузки счетчика 37 перемагничивания LDS_i. Если LDS_i=l, счетчик 37 при подаче сигнала CNTEN_i=1 загружается со входа загрузки времени размагничивания LDR значением сигнала TRMG. Если LDS_i=0, счетчик 37 при подаче сигнала CNTEN_i=1 загружается со входа загрузки времени намагничивания LDS значением времени намагничивания TMG_i. Декрементный счетчик 37 перемагничивания тактируется сигналом частоты CLKD, получаемым путем деления входной частоты СLК на величину CLK_DIV делителем 36 частоты.

В результате АУП 16 ФВ увеличивает счетчик перемагничиваний RMG_CNT на единицу и формирует сигналы управления ФИ 18:S/R, сигнал разрешения работы ОР_i соответствующего ФИ_j 18.

Выбор конкретного ФИ 18 из совокупности ФИ осуществляется сигналом SEL и заключается в коммутации сигналов ОР [1…i…N]→ОРК [1…j…N], SIK[1…j…N]→SI [1…i…N] в коммутаторе 17 сигналов управления.

ФИ 18 обеспечивает подключение ФВ 6 к источникам напряжения намагничивания 22 (при OPK_j=l, S/R=0) и размагничивания 23 (при OPK_j=l, S/R=7) по сигналам управления от АУП ФВ 16 при помощи ключа намагничивания 28 и ключа размагничивания 29. Конденсаторы С₀, С₁ обеспечивают запасание энергии от источников 22 и 23 напряжения намагничивания и размагничивания соответственно в паузах между перемагничиваниями. Элемент НЕ 26, буферные устройства 27 защищают ФИ 18 от одновременного включения ключа 28 намагничивания и ключа 29 размагничивания.

В процессе размагничивания при помощи токоизмерительного резистора R₀, схемы 30 согласования уровней формируется сигнал SIK_j=l. Если SIK_j=l, соответствующий ФВ_i 6 полностью размагничен. Сигнал SIK_j=l попадает в АУП 16 ФВ и вызывает переход сигнала ОР_i в лог. 0, тем самым ФВ отключается от источника 23 напряжения размагничивания и процесс размагничивания завершается. Начала размагничивания и намагничивания для всех ФВ бантенного полотна совпадают, что показано на циклограмме.

В соответствии с фиг. 5 источники 22 и 23 напряжения намагничивания и размагничивания соответственно являются вторичными источниками питания импульсного типа. Источник 22 напряжения намагничивания U_н, питается напряжением U_n источник 23 напряжения размагничивания U_p питается напряжением намагничивания U_H. Напряжения U_H, U_p контролируются при помощи АЦП 25 и контроллера 10 УПО 3. Напряжение U_p регулируется при помощи системы с обратной связью, включающей контроллер 10 УПО 3, управляемый резистор 24, АЦП 25. Регулирование позволяет исключить влияние разброса параметров элементов РЭА и температуры окружающей среды в диапазоне рабочих температур на величину напряжения намагничивания.

Для тестирования ФВ контроллер 15 УУЛ 4 формирует сигнал TEST=1, сигнал SETC управления мультиплексором 13 устанавливается таким образом, что SET=PSET2. В регистры TMG записывается значение TRMG/2. Тестирование заключается в проведении цикла размагничивание намагничивание - тестовое размагничивание. Тестирование ФВ обеспечивается переходом КА 34 из состояния «СТОП» или «СТОП ТЕСТ» по состояниям «СБРОС» - «РАЗМАГН.» - «ПАУЗА 1» -«ПАУЗА 2»- «НАМАГН.» -«ПАУЗА 3» - «ПАУЗА 4» - «РАЗМАГН. ТЕСТ» - «СТОП ТЕСТ». После тестового размагничивания контроллер 15 УУЛ 4 читает с выходов СО декрементных счетчиков 37 перемагничивания значения остатков времени намагничивания CNT_i. Назначается пороговое значение CNT_SPAN. В случае если CNT_i<CNT_SPAN, делается вывод об обрыве в канале, в случае CNT_i>(TRMG-CNT_SPAN), делается вывод о КЗ в канале.

Наличие УПО 3 позволяет увеличить количество ФВ в антенном полотне при том же объеме используемых коммутационных ресурсов, т.к. снижается нагрузка на линии интерфейса RS-422, также это позволяет повысить скорость выполнения технологических операций за счет более высокой скорости обмена информацией по интерфейсу SPI.

Наличие коммутатора 17 сигналов делает возможным использование унифицированного программного обеспечения СУЛ на всех УПО 3 всех БУЛ 1 СУЛ, в том числе различных изделий, вне зависимости от геометрического расположения подгрупп 5 ФВ в антенном полотне, а также позволяет не использовать информацию о номере ФИ 18 в программном обеспечении УУЛ 4. Отсутствие коммутатора 17 сигналов потребовало бы наличия набора таблиц переадресации в ПО, что увеличило бы время расчета времени намагничивания и увеличило бы объем требуемой памяти данных программ.

Использование датчика тока в цепи ключа размагничивания и передача информации о его срабатывании в контроллер 15 УУЛ 4 позволяет увеличить надежность и живучесть, а также уменьшает зависимость работы СУЛ от температуры по сравнению с прототипом, т.к. каждый ФИ 18 снабжается средством защиты от превышения тока, отказ одного датчика тока не приведет к выходу из строя всех ФИ 18 и не приведет к превышению токопотребления. Размагничивание ФВ 6 осуществляется за минимальное время с наибольшей скоростью, максимально возможным током. При этом ФВ 6 гарантированно приходит в исходное состояние, что положительно влияет на точность установки фазы.

Наличие внешнего сигнала синхронизации В8ЕТ увеличивает помехозащищенность СУЛ, обеспечивает жесткую синхронизацию работы СУЛ в составе РЛС, минимизирует время нахождения антенного полотна в расфазированном состоянии, так как процесс расчета времени намагничивания, требуемого для установки нового направления луча ФАР, отделяется от процесса перемагничивания.

Наличие блока 33 защиты позволяет защитить источник питания СУЛ от перегрузки в случае подачи сигнала синхронизации BSET c чрезмерно высокой частотой, а также позволяет снизить требования к максимальной мощности источники питания СУЛ.

Наличие блока 14 регистрации ошибки синхронизации позволяет определить наличие подачи импульсов синхронизации в запрещенные моменты времени, когда контроллер 15 УУЛ 4 производит расчет времени намагничивания, что увеличивает надежность работы СУЛ.

Питание источника 23 напряжения размагничивания от источника напряжения намагничивания 22 позволяет обеспечить требуемый диапазон значений напряжения намагничивания с сохранением низкого энергопотребления и сохранением приемлемых массо-габаритных характеристик. Вторичные источники 22 и 23 напряжения работают на индуктивную нагрузку, поэтому завершение процессов размагничивания/намагничивания сопровождается обратным броском напряжения. При этом выходы источников напряжения отключаются от нагрузки по завершению намагничивания. Для увеличения КПД целесообразно использование импульсных вторичных источников питания, однако эти источники позволяют только устранять уменьшение напряжения на своем выходе. Так как размагничивание является наиболее энергозатратным процессом (порог срабатывания датчика тока порядка 2 А), это приводит к значительным обратным броскам напряжения, которые поступают на выход источника намагничивания через паразитный диод полевого транзистора ключа 28 намагничивания. Так как выходы источников после намагничивания отключаются от нагрузки, напряжение намагничивания постепенно растет, что не компенсируется источником 22 напряжения намагничивания. Для устранения этого эффекта можно использовать балластную нагрузку, оставляя источник 22 напряжения намагничивания постоянно включенным. Недостатком данного способа является повышение энергопотребления СУЛ и повышенные требования к конструкции системы охлаждения для отвода образовавшейся мощности. Если источник 22 напряжения намагничивания нагрузить на источник 23 напряжения размагничивания, то это создает достаточную нагрузку на источник 22 напряжения намагничивания без использования балластной нагрузки, при этом запасенная в обмотках ФВ 6 энергия (полученная за счет источника 22) будет возвращаться обратно на его выход.

Регулирование напряжения намагничивания U_н позволяет обеспечить требуемую точность величины U_н без использования прецизионной элементной базы, что уменьшает стоимость, массу и габариты изделия.

На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация предложенной распределенной системы управления лучом, которая применена при изготовлении опытных образцов фазированных антенных решеток радиолокационных станций различного назначения, успешно прошедших испытания, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.

Изобретение относится к области антенной техники СВЧ и может быть использовано для создания систем управления лучом (СУЛ) фазированных антенных решеток (ФАР) с командным методом управления, построенных по модульному принципу, с повышенными требованиями к скорости переключения луча. Распределенная СУЛ ФАР содержит не менее чем один узел 4 управления лучом, состоящий из контроллера 15 управления лучом, датчика 20 температуры, электрически стираемого перепрограммируемого запоминающего устройства (ЭСППЗУ) 19, автомата 16 управления перемагничиванием фазовращателей (ФВ) 6, сопряженного с не менее чем одним формирователем 18 импульсов, содержащим датчик тока размагничивания и передающим на обмотку ФВ 6 управляющие импульсы. Новым является объединение узла управления лучам (УУЛ) 4 в не менее чем один блок управления лучом (БУЛ) 1, в состав которого дополнительно введен узел 3 памяти и обмена, содержащий контроллер 10, ЭСППЗУ 11, в состав УУЛ 4 введены коммутатор сигналов 17, вторичный источник 22 питания намагничивания, вторичный источник 23 питания размагничивания, при этом вход вторичного источника 23 питания размагничивания соединен с выходом вторичного источника 22 питания намагничивания, выходы источников питания соединены с соответствующими входами формирователей 18 импульсов. Достигаемый технический результат - повышение точности установки фазы в ферритовых фазовращателях (ФВ), обеспечение возможности создания ФАР с большим количеством ФВ, улучшение эксплуатационных характеристик. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Распределенная система управления лучом фазированной антенной решетки, в состав которой входят не менее чем один узел управления лучом, состоящий из контроллера управления лучом, датчика температуры, электрически стираемого перепрограммируемого запоминающего устройства, автомата управления перемагничиванием фазовращателей, сопряженного с не менее чем одним формирователем импульсов, содержащим датчик тока размагничивания и передающим на обмотку фазовращателя управляющие импульсы, отличающаяся тем, что узлы управления лучом объединены в не менее чем один блок управления лучом, в состав которого дополнительно введен узел памяти и обмена, содержащий контроллер, электрически стираемое перепрограммируемое запоминающее устройство, в состав узла управления лучом введены коммутатор сигналов, вторичный источник питания намагничивания, вторичный источник питания размагничивания, при этом вход вторичного источника питания размагничивания соединен с выходом вторичного источника питания намагничивания, выходы источников питания соединены с соответствующими входами формирователей импульсов.

2. Распределенная система управления лучом фазированной антенной решетки по п. 1, отличающаяся тем, что вход сигнала синхронизации перемагничивания фазовращателей каждого узла управления лучом соединен с входом внешней синхронизации системы управления лучом.

3. Распределенная система управления лучом фазированной антенной решетки по п. 1, отличающаяся тем, что в состав автомата управления перемагничиванием фазовращателей введен блок защиты от превышения частоты перемагничивания фазовращателей, на входы которого подан сигнал тактирования, сигналы сброса, синхронизации перемагничивания фазовращателей, окончания цикла перемагничивания, минимальной длительности периода повторения перемагничивания, а выход соединен со входом контроллера узла памяти и обмена.

4. Распределенная система управления лучом фазированной антенной решетки по п. 1, отличающаяся тем, что в состав узла управления лучом введен блок регистрации ошибок синхронизации, на входы которого поданы сигналы синхронизации перемагничивания фазовращателей и признака расчета, сброса, а выход соединен со входом контроллера узла памяти и обмена.

5. Распределенная система управления лучом фазированной антенной решетки по п. 1, отличающаяся тем, что в состав узла управления лучом дополнительно введены аналогово-цифровой преобразователь, вход которого через коммутатор подключен к источнику напряжения намагничивания и источнику напряжения размагничивания, и управляемый резистор, подключенный к источнику напряжения намагничивания.

6. Распределенная система управления лучом фазированной антенной решетки по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер узла памяти и обмена выполнен на основе интегральной микросхемы.

7. Распределенная система управления лучом фазированной антенной решетки по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер узла управления лучом, автомат управления перемагничиванием фазовращателей и коммутатор сигналов выполнены на основе интегральной микросхемы.