УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ РАДИОЛОКАЦИОННОГО СИГНАЛА Российский патент 2021 года по МПК G01S13/00 

Заявляемое изобретение относится к области радиолокации, а конкретно - к устройствам вычисления фазы радиолокационного сигнала применительно к приемным фазированным антенным решеткам (ФАР).

Известны приемные фазированные антенные решетки, в которых значения фазы принимаемого сигнала каждым элементом решетки вычисляют путем сравнения принимаемого сигнала с сигналом гетеродина [Лавров А.А. Авиационные обзорные радиолокаторы. Методы и алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов. - М.: Радиотехника, 2015; патент RU 2337377 от 13.06.2007; патент RU 144503 от 18.03.2014; патент US 6326910 B1. Photonic analog-digital conversion using light absorbers. - 2001].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является устройство, основанное на применении радиофотонного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) выходного сигнала приемной ФАР [Вольхин Ю.Н., Тихонов Е.В. Обзор возможных способов реализации радиофотонного АЦП диапазона СВЧ. - Омск: ОАО «ЦКБА». - Сайт: www.radiofotonika.ru]. Прототип включает в себя функционально связанные источник оптического излучения, излучающий в импульсном режиме, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно. На модулирующий вход электрооптического модулятора подается аналоговый сигнал с выхода фазированной антенной решетки, представляющий собой смесь входного сигнала антенной решетки и сигнала гетеродина.

Недостатками прототипа являются сложность вычислительного алгоритма определения фазы выходного сигнала на каждом приемном элементе ФАР и недостаточная точность измерения фазы выходного сигнала.

Задача изобретения - упрощение вычислительного алгоритма и повышение точности определения фазы выходного сигнала приемной ФАР.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство определения фазы радиолокационного сигнала, включающее в себя функционально связанные источник оптического излучения, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно, введены оптический разветвитель и электрооптический модулятор, оптический разветвитель установлен между источником оптического излучения и электрооптическими модуляторами, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического излучения, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами вычислителя. Источник оптического излучения представляет собой лазер непрерывного излучения. На входы вычислителя поступают сигнал, содержащий информацию о фазе выходного сигнала ФАР, и сигнал, не содержащий информацию о фазе, в результате сравнения и совместной обработки которых формируется сигнал, соответствующий значению фазы выходного сигнала приемного элемента ФАР. При этом фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь выполнены двухканальными, осуществляющими параллельное преобразование сигналов с двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, а электрооптические модуляторы выполнены по схеме интерферометра Маха-Цендера.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:

- фиг. 1 - функциональная схема устройства определения фазы;

- фиг. 2 - схема формирования сигнала, содержащего информацию о фазе, и сигнала, не содержащего информацию о фазе.

Заявляемое устройство включает в себя следующие функциональные элементы и сигналы, представленные на фиг. 1, 2: 1 - источник оптического излучения; 2 - оптический разветвитель; 3, 4 - электрооптические модуляторы 3₁, 3₂, 3₃, 3₄; 4 - входной аналоговый электрический сигнал; 5, 6 - входные аналоговые электрические сигналы; 7, 8 - выходные сигналы электрооптических модуляторов 3, 4; 9 - фотонно-электронный блок; 10, 11 - выходные сигналы фотонно-электронного блока; 12 - аналого-цифровой преобразователь; 13, 14 - выходные сигналы АЦП 12; 15 - вычислитель; 16 - вычисленное значение фазы выходного сигнала ФАР; 17, 18 - соседние приемные элементы ФАР, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического сигнала, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов ФАР, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами АЦП, выходы АЦП соединены с входами вычислителя фазы выходного сигнала приемной ФАР.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Оптические сигналы с выхода источника оптического излучения поступают на оптические входы электрооптических модуляторов (ЭОМ) 3, 4 через оптический разветвитель 2. На модулирующие входы 5, 6 ЭОМ 3,4 поступают аналоговые электрические сигналы с выходов соседних приемных элементов 17, 18 ФАР. Промоделированные оптические сигналы 7, 8 преобразуются в фотонно-электронном блоке 9 фотоприемниками 9₁ и 9₂ в электрические сигналы и далее, в двухканальном АЦП 12, в каналах 12₁ и 12₂, - в цифровую форму, и поступают на входы 13, 14 вычислителя 15, в котором в результате сравнения и совместной обработки сигнала 5, содержащего информацию о фазе, и сигнала 6, не содержащего информацию о фазе, вычисляется значение фазы 16 выходного сигнала приемного элемента ФАР (или разности фаз соседних приемных элементов 17, 18 ФАР).

Алгоритм вычисления фазы ϕ (или разности фаз сигналов Х₁=A₁sin (ωt+ϕ) и Х₂=А₂ sinωt, например, при ϕ₁=ϕ, ϕ₂=0) выходных сигналов 5, 6 соседних приемных элементов 17, 18 ФАР при известной разности Х₁-Х₂=ΔХ сигналов 5 - Х₁=A₁sin(ωt+ϕ) и 6 - Х₂=A₂sin ωt и при приблизительном равенстве их амплитуд А₁≈А₂ сводится к вычислению значения фазы ϕ по формуле:

При неравенстве амплитуд сигналов 5, 6 - А₁ ≠ А₂ значение фазы ϕ вычисляется по формуле:

В формулах (1), (2) ΔХ=Х₁-Х₂; ϕ₁=ϕ, ϕ₂=0 - фазы выходных сигналов Х₁, Х₂.

При известной сумме сигналов 5, 6 - Х₁+Х₂:

A₁sin(ωt-ϕ)+A₂sinωt=Х₁+Х₂,

Значение фазы вычисляется по формуле:

При малых значениях разности фаз интенсивность оптического сигнала 7 на входе фотонно-электронного блока 9 пропорциональна разности фаз и обратно пропорциональна отношению амплитуд выходных сигналов соседних приемных элементов ФАР.

Технический результат заключается в упрощении вычислительного алгоритма и в повышении точности измерения фазы выходного сигнала приемной фазированной антенной решетки.

Изобретение относится к области радиолокации, а конкретно - к устройствам вычисления фазы радиолокационного сигнала применительно к приемным фазированным антенным решеткам. Технический результат состоит в упрощении вычислительного алгоритма и повышение точности измерения фазы выходного сигнала приемной фазированной антенной решетки (ФАР). Для этого в устройство, включающее в себя функционально связанные источник оптического излучения, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно, введены оптический разветвитель и электрооптический модулятор, оптический разветвитель установлен между источником оптического излучения и электрооптическими модуляторами, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического излучения, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами вычислителя. На входы вычислителя поступают сигнал, содержащий информацию о фазе выходного сигнала ФАР, и сигнал, не содержащий информацию о фазе, в результате сравнения и совместной обработки которых формируется сигнал, соответствующий значению фазы выходного сигнала приемного элемента ФАР. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство определения фазы радиолокационного сигнала, включающее в себя функционально связанные источник оптического излучения, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно, отличающееся тем, что в него введены оптический разветвитель и электрооптический модулятор, оптический разветвитель установлен между источником оптического излучения и электрооптическими модуляторами, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического излучения, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами вычислителя, при этом на один вход вычислителя поступает сигнал, содержащий информацию о фазе выходного сигнала приемного элемента фазированной антенной решетки, а на другой вход - сигнал, не содержащий информацию о фазе, в результате сравнения и совместной обработки которых формируется сигнал, соответствующий значению фазы выходного сигнала приемного элемента фазированной антенной решетки.

2. Устройство определения фазы по п. 1, отличающееся тем, что источник оптического излучения представляет собой лазер непрерывного излучения.

3. Устройство определения фазы по п. 1, отличающееся тем, что фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь выполнены двухканальными, осуществляющими параллельное преобразование сигналов с двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, а электрооптические модуляторы выполнены по схеме интерферометра Маха-Цендера.