Вычислительное устройство для управления лучом плоской антенной решетки Советский патент 1983 года по МПК G06F17/00 

Изобретение относится к вычисли тельной технике и может быть исполь зовано в радиолокации для управлени двоичными дискретными фазовращателя ми антенных решеток. Известно устройство для управления лучом плоской антенной решетки, содержащее блок управления вычислителем, блок вычитающих счетчиков, два координатных-множительных блока, суммирующие счетчики строк и реверсивные счетчики столбцов, в котором выходы координатных множительных блоков подсоединены к входа суммирующих счетчиков строк и ревер сивных счетчиков столбцов, выходы которых через схемы совпадения соединены с входами ключевых схем IT. Недостаток устройства состоит в том, что при .управлении дискретными фазовращателями на раскрыве антенны вместо требуемого линейного фазовог фронта формируется ступенчатый фазо вый фронт, при этом распределение фазовой ошибки на раскрыве носит пе риодический характер,.что приводит появлению дополнительных боковых ле пестков в диаграмме направленности и существенному снижению точности установки луча в заданное положение Для устранения этого недостатка разрушают периодичность распределен фазовой ошибки путем введения в высокочастотные тракты управляемых фазовращателей неуправляемых дискре ных фазосдвигателей со случайным сдвигом фазы, который учитываетсяпри формировании команд управления двоичными дискретными фазовращателями . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ус ройство, содержащее блок вычитания, два входа которого являются информа ционными входами устройства, блок управления, входы которого являются управляющими входами устройства, а выходы подключены соответственно к управляющим входам .первого и второг координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчи ков строк и реверсивных счетчиков столбцов, выходы блока вычитания подключены соответственно к входам первого и второго координатных множительных блоков, выходы первого . координатного множительного блока соединены соответственно с входами суммирующих-счетчиков стррк, выходы второго координатного множительного блока соединены соответстйенно с входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход первой группы выходов каждого счетчика строк подключен к первым входам элементов И соответствующих групп, каждый выход второй группы выходов каждого счетчика строк гтодключен к входам соответствующего корректирующего узла, выходы реверсивных счетчиков столбцов подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, к вторым входам которых подключены выходы соответствующих корректирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства 2. Недостаток известного устройства состоит в сложности.. Это объясняется наличием в составе устройства сложных коммутирующих узлов, число которых равно числу элементов антенной решетки и может составлять несколько тысяч, а в состав каждого коммутирующего узла входят триггер, элемент И и. элемент задержки . Целью изобретения является упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее блок вычитания,два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления,, входы которрзго являются управляющими входами устройства, а выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоковj блока вычитания, суммирующих счетчиков строк и реверсивных счетчиков столбцов,. выходы блока вычитания подключены соответственно к информационным входам первого и второго координатНЕлх множительных блоков, выходы первого координатного множительного блока со.единены соответственно с информационными входами суммирующих счетчиков.строк, выходы второго координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами ревегрсивнцх счетчиков столбцов, каждый выход первой группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к первым входам элементов И соответствующих .групп, каждУй выход второй группы выходов йаждого суммирующего счетчика строк подключен к входам соответствующего корректир.укяцего узла, выходы которых подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И соответствугацих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства, содержит блоки формирования стробирующих импульсов, информационные входы первой группы каждого из которых соединены с прямыми выходами соответствующего реверсивного счетчика столбцов,- информационные входы второй группы соединены с инверсными выходами реверсивного счетчика столбцов, выход сигнала считывания блока управ ления соединен с входами разрешения считывания реверсивных счетчиков столбцов и блоков формирования стробирующих импульсов, выходы каждого из которых соединены с вторыми входа соответствующих коммутиругацих узлов Причем блок, формирования стробирующих импульсов содержит элементы ИЛИ и элементы И, информационные вхо ды которых соединены соответственно с первой и второй группами информаци онных входов блока, а управляющие вхЗДы подключены к входу.разрешения считывания блока,, выход каждого элемента И, кроме первого, подключен к первому входу соответствующего элемента ИЛИ, выходы которыхи выход первого элемента И являются выходами блока, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход каждого последу кнцего элемента ИЛИ соединен с выходом предыдущего элемента ИЛИ. На фиг. 1 показана структурная схема вычислительного устройства; на фиг. 2 - -вариант схемы блока.формирования стробирующих импульсов; на фиг, 3 - эпюры,поясняющие работу блока формирования стробирующих импульсов. Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания,-два координатных множительных блока 3, суммиру ющие счетчики 4 строк, реверсивные счетчики 5 столбцов, элементы И 6, узлы 7.вывода, корректирующие узлы 8, коммутирующие узлы 9, блоки 10 формирования стробирующих импульсов элементы 11 и элементы ИЛИ 12, выходы 13 блока 10. В вычислительный тракт каждого управляемого фазовращателя с номером i j (i - Hoyep строки; j - номер столбца) вводят неуправляемый дискретный фазосдвигатель,создающий случайный дискретный фазовый сдвиг , равномерно распределенный в интервале - д|2., + А/2,, где д- дискрет, управляемого фазовращателя - - О) X где Р - разрядность фазовращателя, (Неуправляемые фазо.рднит.атели на фиг. 1 не показаны, так Kaif в состав устройства управления лучом они непосредственно не входят). Суммирующие счетчики 4 строк имеют две группы выходов: первая группа выходы старших разрядов в количестве Р, которые подключены к входам элементов И б, и вторая группа - выходы младших разрядов в количестве т, которые подключены к входам корректирующих узлов 8. Младшие разрядам - это дробная, часть , кода фазыЧ ,. которая не переносится в фазовращатели, а отбрасывается при округлении. Каждый .корректирующий узел 8 синтезирован из элементов цифровой логики таким образом, чтобы на егчэ выходе, соединенном с коммутирующим узлом 9 ij-ro управ ляемого фазовращателя, в высокочастотный тракт которого включен неуправляемый фазосдвигатель, вносящий случайный фазовый сдвиг при доступлении на его входы двоичного код числа младших разрядов . , формировалась булева фракция U-ij в соответствий с соотношением и. { Jti i:-1y vo,5,s (2) где EtX означает целую часть числа X. Если, например, ,, то соответствие между величиной - ,Номером выхода корректирующего узла 8 и значением булевой функции на дан- ном выходе при поступлении на вход узла 8 кодовой комбинации младших разрядов , устанавливается по таблице, построенной на основании вычислений по формуле (2)-.

1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСЦВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ПЛОСКОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ, содержащее блок вычитания, два входа которого являются информационными входами устройства, блок управления, входы которого яв- . ляются управляющими, входами устройства, а .-выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго координатных множительных блоков, блока вычитания, суммирующих счетчиков строй и реверсивных счетчиков столбцов, выходы блока вычитания подключены соответственно . к информационным входам первого и второго координатных множительных блоков,выходы первого координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами суммирующих счетчиков строк, выходы . второго координатного множительного блока соединены соответственно с информационными входами реверсивных счетчиков столбцов, каждый выход первой группы выходов каждого сум1 рующего счетчика строк подключен к перВым входам элементов И соответствующих групп, каждый выход второй группы выходов каждого суммирующего счетчика строк подключен к входам .соответствующего корректирующего у зла, выходы которых подключены к первым входам соответствующих коммутирующих узлов, а выходы каждого коммутирующего узла подключены к вторым входам элементов И -соответствующих групп, выходы элементов И каждой группы через соответствующий узел вывода соединены с выходом устройства, о тли чающее тем, что с целью упрощения,оно содержит блоки формирования стробирующих импульсов, информационные входы первой группы каждого из которых соединены с прялыми выходами соответствующего реверсивного счетчика столбцов, информационные входы второй группы соединены с инверсными выходами реверсивного счетчика столбцов, выход сигнала считывания блока управления соединен с входами разрешения О) счиГывания реверсивных счетчиков столбцов и блоков формирования стробирующих импульсов, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами соответствующих коммутирующих узлов. 2. УстройЬтво по П.1, о т л и чающееся тем, что блок формирования стробирующих импульсов содержит элементы ИЛИ и элементыИ, информационные входы которых соединены со ю о: соответственно с первой и второй группами информационных входов блока, а управляющие входы.подключены к входу разрешения считывания блока, выход каждого элемента И, кроме перч вого, подключен к первому входу соответствующего элемента ИЛИ, выходы которых и выход первого элемента И являются выходами блока, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход каждого последующего элемента ИЛИ соединен с выходом предыдущего элемента ИЛИ.

Величина неуправляемого фазового сдвига V;ji

-0,25Л

О, SOU. 0,25д Номер выхода блока 10 формирова ния стробирующих импульсов, подклю ченного к входу, коммутирующего уз 9, соответствует номеру выхода кор ректирующего узла 8,подключенного к первому входу этого же коммутиру щего узла. Устройство работает следующим образом. Требуемое значение фазы сигнала каждого излучателя определяется соотношением Ч .-; IP.-(i.-t) sin Zizr - dfc , . 1 ч . .-, - --дГ ( t-) sin€ )) где ifj. - требуемое значение фа.зы ij-ro излучателя; расстояние между излучат лями в строке; расстояние между излучат ми в столбце; длина волны; номер строки излучателей номер столбца излучателе угловые координаты требу мого положения луча отно тельно нормали к плоскос раскрыва антенны 27С-- da ..d, набег фазы по соответств ющим координатам на расс яние между соседними излу чателями , На входы блока 2 вычитания посту пают в двоичном коде .числа Iff К KJ К, где число триггеров в первом координатном множительном . блоке; число триггеров во втором координатном множительном блоке. При считывании информации из бло ка 2 на его выходах образуются импульсные посылки, число импульсов в которых равно соответственно К, и К Эти импульсные посылки поступают на первый и второй координатные множительные блоки 3, где умножаются соо ветственно на величины i- „ J-- . Q/i 2 O.J. , Получившиеся на выходах координ ных множительных блоков импульсные посылки, количество импульсов в которых K(i-1.) и )пропорциона но требуемым значениям фаз излучени для строк и столбцов,записываются в суммирующих счетчиках 4 строк и реверсивных счетчиках 5 столбцов. Переключение реверсивных счетчиков 5 столбцов из режима Запись в режим Считывание осуществляется соответствующими сигналами, поступающими из блока 1 управления. Суммирование фаз по строкам и столбцам осуществляется за 2 тактов суммирования, где (р+т ) - число разрядов в счетчиках 4 и &, Импульсы суммирования поступают из блока 1 управления параллельно на входы всех суммирующих счетчиков 4 строк и на входы реверсивных счетчиков 5 столбцов. При поступлении импульсов суммирования они складываются с информацией, записанной в суммирующих счетчиках 4 строк, и вычитаются из информации, .записанной в реверсивных счетчиках 5 столбцов. В момент, когда в реверсивном счетчике 5 какого-либо столбца информация списывается до нуля, сигналы на прямых выходах триггеров этого счетчика принимают нулевые значения, а на инверсных г- единичные В результате на всех выходах блока 10 формируются стробирующие импульсы (фиг. 3j причем длительность этих импульсов неодинакова на различных выходах: на первом выходе она равна одному периоду следования импульсов суммирования, на втором выходе двум периодам, на третьем - трем и т.д. Эти стробирующие импульсы поступают на входы соответствующих коммутирующих узлов 9 этого столбца, представляющих собой элементы И, и открывают их по первому входу. Если к этому же моменту на выходе соответствующего корректирующего узла 8 сформировался сигнал логической единицы (что определяется кодом младших разрядов), то на выходе данного коммутирующего узла 9 формируется сигнал логической единицы, поступающий на входы соответствующих элементов И б, в результате через эти элементы информация из старших разрядов соответствующего суммирующего счетчика 4 строки переносится в соответствующий узел 7 вывода, откуда поступает на управляемый дискретный фазовращатель . Если же во время действия стробирующего импульса на выходе соответствующего корректирующего узла 8 существует сигнал логического нуля, процесс суммирования продолжается до тех пор, пока на этом выходе на сформируется сигнал логической единицы, после чего, как и в предыдущем случае, информация из старших разрядов соответствующего суммирующего счетчика 4 через элементы б и узел 7 переносится в соответствующий управляемый дискретный фазовращатель. При этом фазовое состояние фазовращателя оказывается на один дискрет больше, чем в предыдущем случае.

Длительность стробирующих импульсов выбрана такой, чтобы, с одной стороны, обеспечить перенос информации из старших разрядов суммирующих счетчиков 4 в управляемые дискретные фазовращатели в заданные моменты времени в зависимости от значений 4-ij и ,а с другой стороны, исключить повторное поступление информации на фазовращатели.

В итоге значение фазы излучения ij-ro излучающегоэлемента антенной решетки равно

-: fc-.. Е .. о,5Од (4)

f.

3 т1 JД

Анализ формулы (4) показывает, что величина установившегося значения фазы отличается от величины требуемого значения фазы при идеальном фазировании не более, чем на половину дискрета фазовращателя. Поэтому дополнительного снижения коэффициента усиления антенны не происходит. В то же время наличие случайных фазовых .сдвигов приводит к нарушению периодичности распределения

фазовых ошибок по раскрыву, что ведет к существенному снижению ошибок установки луча и к уменьшению уровня дополнительных боковых лепестков, вызываемых квантованием фазы.

Качество работы рассмотренного вычислительного устройства такое же, как и известного устройства. Положительный эффект состоит в упрощении устройства, что характеризуется умень0шением требуемого количества триггеров и элементов задержки, которое в изве- тном устройстве равно числу излучающих элементов антенной решетки. При этом дополнительно требуется лишь N 2 элементов И и N( ) элементов ИЛИ. Так, если антенная решетка имеет N 100 столбцов и м 100 строк и при этом m 2-3, то требуемое количество триггеров

0 и элементов задержки Св микрополосновом исполнении это тоже триггеры) уменьшается на 10000. Дополнительно требуется лишь 400-800 элементов И и 00-700 элементов ИЛИ. При этом

5 необходимо иметь в виду, что элементы И и ИЛИ значительно проще и дешевле, чем триггеры и элементы задержки .

Xf Л Xj Л Aj Л j Д

X,