Устройство для моделирования диаграммы направленности антенны Советский патент 1983 года по МПК G01N1/00 

2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что формирователь угловой развертки содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, узел памяти и вычитающий счетчик импульсов, выход которого является выходом блока и соединен с информационным входом счетчика импульсов и входом разрешения записи вычитающего счетчика импульсов, установочный вход формирователя угловой развертки соединен с установочными входами счетчика импульсов и вычитающего счетчика импульсов, другой вход которого является -входом формирователя.

3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок вычитгдаия содержит три коммутатора, два узла памяти, четыре сумматора, два элемента ИЛИ, четыре съемы сравнения, причем вход первого коммутатора является первым установочным входом блока вычитания, выходы первого коммутатора подключены соответственно к входам узлов памяти, выход первого узла памяти соединен с первым входом первого сумматора, второй вхо которого является вторым установочным входом блока вычитания, выход первого сумматора подключен к первым входам второго и третьего сумматоров вторые входы которых объединены и являются информационным входом блока

вычитания, выход второго сумматора соединен с первым входомвторого коммутатора, первым входом первой схемы сравнения и первым входом четвертой схемы сравнения;- выход третьего сумматора подключен к первому входу второй и третьей схем сравнения и второму входу третьего коммутатора, выход второго узла памяти соединен с вторыми входами первой, второй схем; сравнения и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к шине единичного потенциала, выход четвертого сумматора сое-; динен с вторым входом второго коммутатора, и третьим входом третьего коммута,тора, выход первой схемы сравнения подключен к первому, входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертой схемы сравнения, выход второй схемы сравнения соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьей схемы сравнейия третьи входы первого и второго элементов ИЛИ.и первый вход третьего коммутатора объединены и являются входом запрета блока вычитания, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего коммутаторов, выход л которых являются соответственно первым и вторым выходами блока.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АИТЕННЫ, содержащее генератор импуль сов, первый счетчик импульсов, блок вычитания, элемент И,, выход счетчика импульсов соединен с информационным входом блока вычитания,-первый выход которого соединен с входом первого цифрового запоминаю го блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения, функциональных возможностей устройства за счет воспроизведения диаграммы направленности при наличии протяженных объектов, оно дополнительно содержит делитель частоты с регуляруеьвлм коэффициентом деления, формирователь угловой развертки, второй счетчик импульсов второй цифровой запоминающий блок, сумматор и два блока задания начальных паракютров, приче м выход генератора импульсов соединен с входом де лителя частоты с регулируекелм коэффи-циентом деления, выход которого подключен к первому входу элe jleнтa И и к счётному входу второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом запрета блока вычитания, установочные входы первого и второго счетчиков импульсов и формирователя угловой развертки подключены к входу запуска устройст-i ва, выход элемента И соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, первый и второй установочные входа блока, вычитания подключены к выхоДс1М первого и второго блоков задания начальных параметров соответственно, второй выход блока вычитания соединен с входом второго цифрового запоминающего ,- выходы цифровых запоминающих блоков подключены соответственно к входам сумматора, выход которого является выходом устройства.

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может найти применение в радио- и гидролокационных тренажерах и имитаторах.

Известен имитатор диаграммы нап-. равленности, содержащий следящий привод, схему формирования огибающей диаграммы направленности и модулятор С ЗНедостатками имитатора являются наличие механических узлов, невысока точность, нереальная форма огибающей диаграммы направленности антенны и инерционность.

Известен, также имитатор диаграммы направленности, содержащий генератор временной развертки и функциональный преобразователь 2 3..

Этот имитатор обладает ограниченныкш функциональными возможностями: уровни максимумов одноименных боковых лепестков имитируемой диаграммы направленности, расположенных справа и от. главного макрймума, всегда одинаковы, нет установки исходных угловых положений антенны и цели, не имитируется вращение антенны в обе стороны, нет возможности имитации неподвижной антенны, точность воспроизведения формы диаграммы направленности невысока. Наиболее близ15Им по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования диаграммы направленности антенны, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент И, реверсивный счетчик, блок вычитания и цифровое запоминающее устройство. Второй и третий входаа элемента И являются первым и вторым входами устройства, второй, третий и четвертый входы реверсивного счетчика являются третьим, четвертым и пятым входами устройства, второй вход блока вычитания - шестым входом, и выход цифрового запоминсцощего устройства - выходом устройства. Известное устройство позволяет моделировать ди аграмму направленности любой формы, имитировать неподвижное положение антенны и вращение ее в любую сторону З. Однако устройство не позволяет мо делировать диаграмму направленности при наличии протяженного объекта, в частности, если объект представляет собой дно или поверхность моря, или поверхность земли.. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей , устройства за счет моделирования диаграммы направленности при наличии протяженных объектов. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее генератор импульсов, первый счетчик им пульсов, блок вычитания, элемент И,выход счетчика импульсов соединен с информационным входом блока вычитания, первый выход которого соединен с входом первого цифрового запоминающего блока, дополнительно содержит делитель частоты с регулируемым коэф фициентом деления., формирователь угловой развертки, второй счетчик им.пульсов, -второй цифровой запоминающи блок, сумматор и два блока задания начальных параметров,- причем выход генератора импульсое соединен с входом делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления, выход .которого подключен к первому входу элемента И и к счетному входу второго (Счет чика, выход которогосоединен с вторым входом элемента И и входом запре та блока вычитания, установочные вхо ды первого и второго счетчиков импульсов и формирователя угловой развертки .подключены к входу запуска устройстваj выход элемента И соедин со счетным входом первого счетчика импульсов, первый и второй установочные входы блока вычитания подклю чены к выходам первого и второго бл ков задания начальных параметров со ответственно, второй выход блока вы читания соединен с входом второго цифрового запоминающего блока, выходы цифровых запоминающих блоков подключены соответственно к входам сумматора, выход которого является выкодом устройства. Кроме того, формирователь углово развертки содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, узел памяти и вычитающий счетчик импуль-сов, выход которого является выходо блока и соединен с информационным входом счетчика импульсов и входом разрешения записи вычитающего счетчика импульсов, установочный вход формирователя угловой развертки сое динен с установочными входами счетчика импульсов и вычитающего счетчи ка импульсов, другой вход которого являетСся входом формирователя. При этом-блок вычитания содержиг три коммутатора, два узла памяти, четыре .сумматора, два элемента ИЛИ, четыре схемы сравнения, причем вход первого коммутатора является перзвым установочным входом блока вычитания, выходы первого коммутатора подключены соответственно к входам узлов памяти, выход первого узла памяти соединен с первым входом первого- сумматора, второй вход которого является вторым установочным входом блока вычитания, вьрсод первого сумматора подкточен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых объединены и являются информационным входом блока вычитания, выход второго сумматора соединен с первым входом второго коммутатора, первым входом первой сравнения и первым входом четвертой схемы сравнения, выход третьего сумматора подключен к первому входу второй и третьей схем сравнения и второму входу тре-. тьего коммутатора, выход второго узла памяти соединен с вторыми входами первой, второй схем сравнения и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к шине единичного потенциала, выход чет-вертого сумматора соединен: с вторым, входом второго комглутатора и третьим . входом третьего коммутатора, ылход первой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертой cxeNM сравнения, выход второй схемы сравнения ссУединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьей схелвл сравнения, третьи входы первого и второго элементов ИЛИ и первый вход третьего коммутатора объединены и являются входом запрета блока вычитания, выходы первого и BTbpoi o элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего коммутаторов ,.выходы котоЕмлх являются соответственно первым и вторым выходами блокэ. ; - . На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема формирователя угловой развертки; на фиг.З - схема блока вычитания на фиг.4-6 - поясняющие .диаграммы. Устройство содержит генератор 1 Икшульсов, выход которого соединен с входом делителя 2 частоты с изменяемым коэффициентом деления, выход 3 устройства. Выход делителя 2 частоты подключен к первому входу эле- . мента И 4 и счетному входу второго счетчика 5 импульсов, выход которого соединен с вторым входом элемента И 4 и G входом запрета блрдо 6 вычитдния. Выход элемента И 4 соединен с входом формирователя 7 угловой развертки, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика 8 импульсов. Входы установки счетчико 5 и 8 импульсов и формирователя 7 угловой развертки подключены к уста новочному входу 9 устройства. Выход счетчика 8 импульсов соединен с информационным входом блока 6 вычитания, первый и второй установочные входы которого соединены соответственно с выходами первого 10 и второго 11 блоков задания начальных па раметров. .Выходы блока 6 вычитания подключены к адресным входам первог 12 к второго 13 цифровых запоминающих блоков, выходы которых соединен с входами сумматора 14, выход котор го является выходом 3 устройства. Формирователь 7 угловой развертки содержит счетчик 15 импульсов, узел 16 памяти, вычитающий счетчик 17 импульсов. Блок 6 вычитания соде жит первый - третий коммутаторы 1820, первый и второй узлы 21 и 22 па мяти, первый - четвертый сумматоры 23-26, первую-четвертую схемы 27-30 сравнения, первый и второй элементы ИЛИ 31 и 32. Перед началом работы устройства цифровые запоминающие блоки 12 и 13 заносится идентичная информация о форме диаграммы направленности. Чис ло запоминающих ячеек определяется требуемой точностью формирования ди аграммы направленности по углу и вы бирается из соотношения .Ч.тфч., а Л - требуемое угловое разрешение, град; У - величина сектора, в кото ром уровни диаграммы направленности отличны от нуля. Величина выбирается таким образом чтобы Ф получилось целым.. Информационная емкость ячейки определяется требуемой точностью воспроизведения диаграммы направленности по уровню. Условно информация, записанная в блоки 12 и 13, показана на фиг.5, где по горизонтальной оси отложен номер ячейки N , а по вертикальнойнормированный уровень диаграммы направленности. В ячейку с нулевым номером записывается код уровня нормированной диаграммы направленности, соответствующий границе сектора существования отличных от нуля уровней диаграммы напра-вленности антенны при отсчете против часовой стрелки, как показано на фиг.6. Через время где R - рас стояние до объекта, С - скорость рас пространения излученного сигнала в среде, в расположения а темны приходит отраженный сигнал, уровень которого определяется точкой пересечения перпендикуляра к плоскости объекта и уровня диаграммы направленности ( точка q на фиг.5 и 6). По мере распространения излученного сигнала в точку приема одновременно приходят отраженные сигналы от участков объекта, расположенных наодинаковых расстояниях и под одинаковыми углами справа и слева от перпендикуляра к плоскости объекта. Уровни этих сигналов определяются точками пересечения соответствующих лучей и диаграммы направленности (точки в -б на фиг,5 и 6 ). Ослабление сигналов от текущей дальности не учитывается. Время прихода отраженных сигналов определяется соотношением , IRi 2.R .J : 1 т - -.J- . - . .... I 1 i С С COSol где Я- - расстояние до -t -го учасТка объекта} °( - между перпендикуляром, к плоскости объекта и Л-1Л участком. Если объект изотропен, выходной сигнал равен сумме сигналов одновременно приходящих справа и слева. В устройстве расстояние до объекта Я задается коэффициентом деления К. управляемого делителя 2 частоты. При этом где 1 - шаг установки расстояния, На выходе управляемого делителя 2 частоты формируется сигнал с , где 0 - частота сигнала, вырабатываемого генератором 1 импульсов. При угловом разрешении Л разность времени прихода соседних сигналов определяется соотношением I Л4..-4. 4-. lif-51-1 ,., с Leosiu со5йй)д. По этому же алгоритму функционирует формирователь угловой развертки. Из исходной регулярной последовательности импульсов с периодом Т аI I F он формирует последовательносгь, в которой соседние импульсы разделены прр1 - НОмежутками времени мер импульса. Формирователь 7 угловой развертки представляет собой программируемый делитель частоты, Интервал времени между двумя соседними импульса-ми угловой развертки можно представить соотношением A-t--&l-1- - F - fpt, совси)& - число, больС05Л wse единицы. Из изложенного следует, что для грлучения и,нтервала At:j необходимо постоянный интервал времени A-t ум ножать на число 1;, или, что тоже самое, фиксировать моменты времени между соседними импульсами, следующи ми с частотой . 11 Ц . Таким образом , | представляет собой коэффициент деления входной частоты Т меняющийся с появлением каждого выходного импульса формирователя 7 угловой развертки. Юкругленные до целых значения )f записываются в узел 16 памяти.Сигналом Пуск происходит обнуление суммирующего счетчика 15 и вычитающего счетчика 17i При этом из узла 16 выбирается ячейка с нулевым адресом, в котором записано число Ц 1. В момен fco поступает первый импульс частоты , он проходит на выход счетчи ка 17, записывает в него число | и увеличивает состояние счетчика 15 на единицу. При этом из узла 16 памяти выбирается ячейка с номером 1, в которую занесено число l. . Так как , второй импульс частоты fo/К через интервал времени Д-t поступает на выход, заносит в счетчик 17 число la и добавляет единицу в счет чик 15.. После прохождения импульсов частоты о/ на выходе появляется следующий импульс ( формируется интервал Д-Ь2) и т.д. Последовательность импульсов на выходе формирователя 7-угловой развертки показана на фиг.4. Рассмотрим работу устройства при наличии бесконечно-протяженного объекта. Сигналом, поступающим на вход 9, счетчики 5, 8 и формирователь 7 угловой развертки устанавливаются в исходное состояние. Разрешающий сигнал на элементе И 4 отсутствует и импульсы частоты F с выхода делителя 2частоты-не проходят на вход формирователя 7 угловой развертки. На блок 6 вычитания поступает сигнал за прета, при этом происходит выбор из цифровых запоминающих блоков 12 и 13 ячеек с номерами ф+1, в которых записан нулевой код. Сигнал на выходе 3устройства в этом случае также.равен нулю. После поступления на счетчик 5N импульсов частоты F , т.е нерез врег/и -Ьд с момента подачи сиг нала на вход 9 устройства, на выходе счетчика 5 появляется разрешающий сигнал, открывается схема И 4, начинает работать формирователь 7 угловой развертки и снимается сигнал запрета с входа блока 6 вычитания. На выходе .счетчика 8 формируется цифровой код, соответствующий углу с ,с которого в данный момент времени при одит отраженный сигнал. Блок 6 выитания работает по алгоритму Mi + b-v ,«ф Г, vO 1 lO-t-( существует сигнал Запрет iM4-B i МФМ rV4, существует сигнал Запрет д.- Г( и Ег сигналы в виде цифрового кода на первом и втором выходах блока 6 вычитания; Ч 1У/Л. информация об угловом положении максимума диаграммы направленности относительно границы сектора при отсчете по часовой стрелке , ф - информация о величине сектора отличных от нуля уровней диагра1«1мы направленности -антенны; В р|/А - информация об угле наклона оси диаграммы напр.авленности относительно перпендикуляра к поверхности объекта/ , - число на выходе счетчика 8, определяющее угол, с которого в данный момент времени приходит отражен тий сигнал. Значения Ц и ф характеризуют начальные параметры моделируемой антенны и подаются с блока 10. Величина В поступает из блока 11., . Перед началом работы блока 6 вычитания информация о значениях ф и ф через комг/1утатор 18 записывается в запоминающие узлы 21 и 22 -соответственно. В Сумматоре 23 формируется число , которое поступает на первые входы сумматоров 24 и 25, на вторые входы подается числои с выхода первого счетчика 8 устройства. В сумматоре 24 осуществляется вычитание i из В+Ч, а в сумматоре 25 - сложение этих чисел. Выходной сигнал сумматора 2 4. по ступает .на первые входы схем 27 и 30 сравнения и первый вход коммутатора 19. .На второй его вход подается число ф +1 с выхода сумматора 26. На второй вход схемы 27 сравнения подается число ф , а на второй вход схемы 30 сравнения число О. При выполнении неравенства В --i Ф либо B-i о , а также при наличии сигнала Запрет, элемент ИЛИ 31 формирует сигнал, под действием которого коммутатор 19 пропускает на выход число Ф +1. При отсутствии сигналов на входах элемента ИЛИ 31 на выход коммутатора приходит число B-i (при этом выполняется неравенство Об ф н-&-) й Ф Схемы 28 и 29 сравнения коммутатор 20 и элемент ИЛИ 32 длужат для аналогичной цели при формировании числа Г.. Под действием сигналов с выходов блока 6 происходит выборка ячеек с номерами ,г;| и Г из цифровых запоми нающих блоков 12 и 13 соответственно Содержание ячеек, которое определяе уровни отраженных сигналов, приходящих в данный момент времени в точку приема, суммируется в сумматоре 14 и поступает на выход устройства в виде цифрового кода. Емкость счетчика 8 выбирается таким образом чтобы не происходило его переполнения при любых соотношениях между vj Ф, Ъ,л , что обеспечивает однозначность работы устройства. Переход к новому циклу работы уст ройства осуществляется подачей сигна ла Пуск на вход 9 устройства, что соответствует имитации момента излучения зондирующего импульса. Под дей ствием сигнала Пуск устройство при ходит в исходное состояние и через промежуток времени -to начинает формироваться выходной сигнал. Использованный алгоритм работы формирователя угловой развертки цоз воляет имитировать меняющееся в ши7 рокйх пределах расстояние до объекта без перестройки узлов схемы. Ограничивая определенным образом число ячеек, выбираемых из цифровых запоминающих блоков, можно моделировать диаграмму направленности при наличии объектов ко.нечной протяженности. Оперативно изменяя информацию осз угле наклона максимума диаграммы направленности можно имитировать угловые перемещения антенны в процессе приема отраженных сигналов. Используя цифро-аналоговый модулятор, на вход управления которого подается сигнал с выхода устройства, а на информационный вход - либо постоянное напряжение, либо отраженный сигнал с учетом ослабления от текущей дальности, можно получить огибающую диаграмму направленности .в аналоговой форме, либо отраженный сигнал, промодулированный огибающей. При наличии анизот,ропных объектов для получения суммарного отраженного сигнала ,можно использовать два цифро-аналоговых модулятора, входы управления которых подключаются к выходам цифровых запоминающих блоков, на информационные входы подаются соответствующие сигналы, а выходные напряжения Суммируются в аналоговом сумматоре, i При необходимости оперативной смены информации о диаграмме направленности в качестве цифровых запоминающих блоков возможно применение ОЗУ, в которые информация заносится от специального внешнего вычислительного устройства.. Достоинством предлагаемого устройства является возможность моделирования диаграммы направленности любой формы с требуемой точностью. Указанные технические преимущества позволят получить экономический эффект от увеличения объема информации и повышения точности приближения моделируемой обстановки к реальной при исследовании систем.

сриг.1

От SA.II

.S