Устройство для управления лучом антенной решетки Советский патент 1985 года по МПК G05B15/02 

ка вычитающих счетчиков, первый и второй входы которого соединены соответственно со счетным входом первого счетчика и входом старшего разряда второго счетчика блока вычитающих счетчиков, информационные входы первого и второго счетчиков которого являются соответственно первым и вторым информационнымиВходами устройства, выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу элемента И блока управления и вторым входам первого и второго элементов И блока вычитающих счетчиков, первые входы которых соединены с вторыми входами 1-х элементов И соответственно первой и второй групп, вы1

18

ход формирователя одиночного импульса блока управления-подключен к входу обнуления счетчика координатного множительного блока и входу обнуления I -го генератора синусоидальных колебаний j -и группы, вход формирователя одиночного импульса, S -вход первого RS -триггера и второй вход элемента ИЛИ блока управления соединены и являются входом установки устройства, R -входы первого и третьего R3 -триггеров блока управления соединены и являются входом Стоп устройства, а 5 -вход третьего триггера блока управления является входом Пуск устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ . ЛУЧОМ АНТ5ННОЙ РЕШЕТКИ, содержащее генератор тактовых импульсов, блок управления, блок вычитающих счетчиков и координатный множительный блок, отличающееся - тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит первую и вторую группы из N элементов И каждая, групп элементов ИЛИ по N элементов,в каждой и N групп генераторов синусо. идальных колебаний по N генераторов в каждой ( W число элементов в строке антенной решетки), причем выход i -го ( 1 1,М ) элемента И первой группы подключен к первому входу 1 элемента ИЛИ j -и ( j 1,N ) группы, выход которого подключен к управляк1щему входу 1-го генератора синусоидальных колебаний } -и группы, выход которого является ц -м информационным выходом J -и группы устройства, выход -го элемента И второй группы подключен к второму входит J -го элемента ИЛИ 1 -и группы, при этом координатный множительный блок содержит (М+2) формирователей одиночного импульса. (М +1) элементов ИЛИ и счетчик, выход m -го (т 67 ; М 1о§2 N 2) разряда которого подключен к входу гп-го формирователя одиночного импульса, выход которого подключен к входам элементов 1ШИ с номерами Р (где Р - номер положения 1 в двоичном представлении , выход т -го элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов И первой и второй групп, причем блок вычитаняцих счетчиков содержит первый и второй счетчики, элемент ИЛИ и первый и второй элементы И, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков, блок управления содержит формирователь (Л одиночного импульса, элемент ИЛИ, элемент И, первый, второй и третий R5 -триггеры, выходы первого н второго RS -триггеров подключены к первьм входам соответственно первого и второго элементов И координатного множительного блока, информационные выходы первого и второго счетчиков 4 которого подключены - первого - к R -входу первого R5 -триггера и S -входу второго Я5 -триггера блоэо ка управления, а второго - к первому входу элемента ИЛИ блока управления, выход третьего RS -триггера которого подключен к первому входу элемента И блока управления, выход которо-, го подключен к второму входу W -го элемента ИЛИ координатного множительного блока, вход (W+2)-ro формирователя одиночного импульса которого соединен со счетным входом счетчика координатного множительного блока и подключен к выходу элемента ИЛИ бло

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано преимущественно в гидроакустических системах, работающих в комплексе с излучающей антенной решеткой. Известно устройство для управления дискретно-коммутационной линейкой излучателей, содержащее набор многоразрядных параллельных накапливающих сумматоров, выходы которых соединены с управляющими входами фазовращателей, программный блок, выходы которого соединены с генератором импульсов и триггером знака отклонения луча, прямой и инверсньш выходы которого соединены с первыми входами соответствующих схем совпадения, вторые входы которых соедине ны с выходом генератора импульсов, а выходы соединены с соответствующи ми входами параллельных накапливающ сумматоров il, Недостатком данного устройства является низкая технологичность изза необходимости использовать дискретно-управляемые фазовращатели. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для управления лучом плоско антенной решетки, содержащее ,узел управления, узел вычитающих счетчиков, два координатных множительных устройства, суммирующие счетчики строк и реверсивные счетчики столбцов, причем выходы координатных множительных устройств подсоединены к входам суммирующих счетчиков строк и к входам реверсивных счетчиков столбцов, выходы которых через схемы совпадения соединены с входами ключевых схем, предназначенных для управления фазовращателями 2j . Недостатком известного устройства является его сложность, которая определяется наличием двух координатных мчожительных устройств и большим числом координатных линий связи, соединяющих каждый суммирующий счетчик строки через совпадения с входом ключевых схем управления фазовращателями. Например, для антенной решетки, состоящей из 900 элементов (30 столбцов и. 30 строк), в общей сложности потребуется (для 8-16 дискретов фазы) 120150 координатньпх линий связи. Кроме того, известное устройство обладает низкой технологичностью, так как оно рассчитано на использование управляемых фазовращателей. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается teM, что устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, блок управ3ления, блок вычитающих счетчиков и координатный множительный- блок, содержит первую и вторую группы из N элементов И каждая, N групп элементов ИЛИ по J элементов в каждой и N групп генераторов синусоидальных колебаний по Н генераторов, в .каждой ( W - число элементов в строке анте ной решетки), причем выход i -го ( I ) элемента И первой группы подключен к первому входу i -го эле мента ИЛИ j-й (J 1,N ) группы, выход которог о подключен к управляющему входу 1-го генератора синусо ид льных колебаний j -и группы, выход которого является i -м информационным выходом j -и группы устрой ства, выход 1-го элемента И второй , группы подключен к второму входу -го элемента ИЛИ i -и группы, при этом координатный множительный блок содержит (М+2) формирователей-одиночного импульса,(М +1) элементов ИЛИ и счетчик, выход ш-го (т 0,М М logj N-2) разряда которого подключен к входуm-го формирователя одиночного импульса, выход которого подключен к входам элементов ИЛИ с номерами Pj( где Р - номер положения ,1 в двоичном представлении т) выход m -го элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов И первой и второй г-рупп, причем блок вычитающих счетчиков содержит первый и вт рой счетчики, элемент ИЛИ и первый и второй элементы И, выходы которых подключены к счетным входам соответ ственно первого и второго счетчиков блок управления содержит формирователь одиночного импульса, элемент ИЛИ, элемент И, первый, второй и третий RS триггеры, выходы первого и второго RS -триггеров подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И координа ного множительного блока, информационные выходы первого и второго счетчиков которого подключены - пер вого - к R -входу первого RS -тригг гера и S -входу второго -тригге ра блока управления, а второго - к первому входу элемента ИЛИ блока управлейия, выход третьего RS -триг гера которого подключен к первому входу элемента И блока управления, выходкоторого подключен к второму входу .)тп-го элемента ИЛИ координатного множительного блока, вход 184 (+2)-го формирователя одиночного импульса которого соединен со счетным входом счетчика координатного мь ожительного блока и подключен к . выходу элемента ИЛИ блока вычитающих счетчиков, первьБ и второй входы которого соединены соответственно со счетным входом первого счетчика и входом старшего разряда второго счетчика блока вычитающих счетчиков, информационные входы первого и второго счетчиков которого являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства , выход генератора тактовых импульсову подключен к второму входу элемента И блока управления и вторым входам первого и второго элементов И блока вычитающих счтчиков, первые входы которых соединены с втсэрыми входами ; i -X элементов И соответственно первой и второй групп, выход формирователя одиночного импульса блока управления подключен к входу обнуления счетчика координатного множительного блока и входу обнуления j -го генератора синусоидальных колебаний j-и группы, вход формирователя одиночного импульса, 6 -вход первого RS -триг гера и второй вход элемента ИЛИ блока управления соединены и являются входом установки устройства, R -входы первого и третьего R5 -триггеров блока управления соединены и являются входом Стоп устройства, а S-вход третьего триггера блока управления является входом Пуск устройства. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаег ог.) устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока вычитающих счетчиков; на фиг. 3 функциональная схема координатного множительного блока; на фиг. 4 функциональная схема блока управления; на фиг. 5 - функциональная схема генератора синусоидальных кодебаний, основанного на ступенчатой аппроксимации синусоидальной функции; на фиг. 6 - функциональная схема генератора синусоидальных калебан, основанного на воспроизведении импульсного сигнала с последующим сглаживанием; на фиг. 7 и 8 - временные диаграммы работы генераторовj функциональные схемы которых приведены на фиг. 5 и 6 соответственно. Устройство дляуправления пучон ант енной решетки (фиг. 1) содержит

51

генератор 1 тактовых импульсов (ТИ), блок 2 управления, блок 3 вычитающих счетчиков, координатный множительный блок 4, группы элементов И 5 и 6, группу элементов ИЛИ 7, группу генераторов 8 синусоидальных колебаний (по одному на каждый элемент антенной решетки). Каждый генератор 8 имеет вход 10 сброса (установка в нуль), цифровой управляющий вход 9 и выход 11.

Блок 3 (фиг. 2) вычитающих счетчиков содержит элемент И 12, (вычитающие) сч етчик 13, элемент ИЛИ 14, счётчик 15 и элемент И 16. По параллельньи шинам коды начальных фаз КХ и КУ могут быть записаны в вычитающие счетчики 13 и 15 соответственно. С помощью элементов И 12 и 16 тактовые импульсы ТЙ, поступающие от генератора 1 (фиг. 1), могут подаваться либо на вычитающий вход счетчика 13, либо на вычитающий вход сче чика 15 в зависимости от состояний управляюпщх сигналов УСТХ и УСТУ.. Сигналы РХ и РУ вырабатываются в моменты перехода счетчиков 13 и 15 соответственно в состояние Все нули (очистка счетчика).

Координатный множительньш блок 4 (фиг. 3) содержит счетчик 17, группу формирователей 18 одиночного импульса и группу элементов ИЛИ 19, Счетчик 17 имеет (т+1) разрядов, причем величина m выбирается такой, чтббы выполнялось соотношение N , где N - число элементов в строке (столбце) антенной решетки. Первые

входы всех элементов ИЛИ 19 соединены с входом координатного множительного блока 4, на которьш поступают импульсы синхросерии СИРАБ из блока 2 управления (фиг. О.

Остальные входы всех элементов ИЛИ 19 соединены с выходами формирователей 18 следующим образом. Каждому элементу ЕЛИ 19 присваивается номер .D (D 1, ...N ), равньй множителю, на который должно умножаться число импульсов на выходе данного элемента ИЛИ 19. При этом на Выходах соответствующих элементов ИЛИ 19 вырабатывается число импульсов, равное К, 2К, ., .1К, ... NK, .где К - требуемое число дискретов фазы. Номер, D выражае.тся в двоичном поН диционном коде следуницим образом:

18 6

, Р-1

;D.f,Jr2,

гдес - значение двоичной цифры в

В -м разряде.

Выход счетчика 17, имеющий вес 2 соединяется с входом элемента ИЛИ 19 только в том случае, если цифра j.. в двоичном представлении (1) номера D данного элемента ИЛИ 19 равна единице. При этом следует учесть, чта выход счетчика 17,с весом отсутствует и вместо него необходимо подключить его счетньй вход, на которьй подаются синхроимпульсы СИУСТ.

Блок 2 управления (фиг. 4) содержит формирователь 20 одиночного импульса, триггер 21, элемент ИЛИ 22, триггеры 23 и 24 с раздельной установкой и элемент И 25.

Одна из возможных реализаций генератора 8 колебаний может быть выполнена в соответствии с функциональной схемой, приведенной на фиг. 5. Данная схема содержит двоичный счетчик 26, счетный вход и вход установки в нуль которого является соотв.етственно управляющим входом 9 и входом 10 сброса генератора 8. Выходы всех разрядов счетчика 26 соединены с входами цифрового функционального преобразователя 27, выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя 28, выход которого через сглаживающий фильтр 29 соединен с выходом генератора 11. Счетчик 26 имеет г) разрядов, при этом дискретность фазы составляет величину

(2) .

Цифровой функциональный преобразователь t7 осуществляет преобразование кодов (состояний) счетчика 26 в коды, соответствующие значениям синусоидального сигнала. Разрядность выходных кодов функционального преобразователя 27 не зависит от разрядности счетчика 26 к выбирается исходя из необходимой точности воспроизведения синусоидальной функции в точках отсче-та. Пусть 5 - численный эквивалент кода, сН1шаемого со счетчика 26 (а 0, 1, ..., 2 ), а е - численный эквивалент кода на выходе функциоального преобразователя 27. Тогда ункциональйое соответствие между ходным и выходным кодами функциональ7кого преобразователя 27 описывается формулой - Л V / 2 R.5 (oЬC9 . Более простой вариант реализации генератора 8 колебаний может быть выполнен в соответствии с функционал ной схемой, приведенной на фиг, 6, Такую реализацию генератора 8 можно использовать в том случае, когда для возбуждения элемента (преобразователя) антенной решетки допустимо использовать сигнал с большими нелиней ными искажениями. Это условие, как правило, выполняется в гидроакустических антенных решетках с пьезоэлек рическими преобразователями. Упрощен ный вариант генератора 8, основанны на воспроизведении импульсного сигна ла (фиг. 6), содержит двоичный счетчик 30, инверсный выход старшего раз ряда которого соединен с входом импульсного усилителя 31, выход которого через сглаживающий фильтр 32 соединен с выходом 11 цифрового гене ратора В колебаний. Разрядность Г1 счетчика 30 выбирается в соответстви с требуемой дискретностью фазы iqi по формуле (2).Устройство управления лучом антенной решетки работает следзтощим о разом. На входы блока 3 вычитающих счет чиков подаются и записьшаются в сче чики. 13 и 15 двоичные коды Кхи КУ численньй эквивалент которых соотве ственно равен kx-2 -k.x-, : .v;-X5 где (h + 1) - число разрядов счетчика 17 в координатном множительном устройств 4 (фиг. 3); КХ И КУ - число дискретов фазы uqi , определяющее разность фазы между сосед ними элементами антенной решетки по координатам X и У соответственно.. Поступление сигнала УСТ на вход блока 2 управления переводит послед НИИ в режим установки начальных фаз всех генераторов 8 колебаний. При этом по переднему фронту импульса 188 УСТ вырабатывается одиночный импульс Сброс на выходе формирователя 20, По этому импульсу устанавливается в исходное состояние (все нули) счетчик 17 координатного множительного блока 4 и счетчики 26 (или счетчики 30) всех генераторов 8 колебаний. Единичный уровень сигнала УСТ переводит триггер 21 блока 2 управления в единичное состояние, тем самым на выходе триггера 21 возбуждается управляющий сигнал УСТХ, который открывает элементы И 5 столбцов и разрешает прохождение тактовых импульсов ТИ от генератора 1 на вычитающий вход счетчика 13 блока 3 вычитающих счетчиков. Одновременно на выходе элемента ИЛИ 14 появляются импульсы синхросерии СИУСТ, которые поступают на вход координатного множительного блока 4. Импульсы, вырабатываемые на выходах координатного множительного блока 4, через открытые элементы И 5 столбцов и элементы ИЛИ 7 поступают на входы 9 всех генераторов 8, При этом, поскольку генераторы 8, расположенные в каждом столбце, связаны общей координатной лини«й Fra ilX BXAnbi J9 jiocTynHT одинаковое число импульсов ПОТПГГС-ггспс пления КХ тактовых импульсов ТИ счетчик 13 окажется в состоянии Все нули, в результате на его выходе вырабатывается сигнал РХ, который поступает в блок 2 управления и переводит триггер 21 в нулевое состояние. Сигнал УСТХ принимает нулевое значение и прохождение тактовых импульсов ТИ на вход счетчика 13 блока 3 вычитающих счетчиков прекращается. Также прекращается прохождение импульсов с выходов координатного множительного блока 4 через элементы И 5 столбцов. В ре зультате на входы 9 всех генераторов 8, расположенных в -м столбце, поступает i КХ импульсов и их число фиксируется состоянием счетчиков 26 (или счетчиков 30). Кроме того, сигнал РХ на выходе блока 3 вычитающих счетчиков переводит триггер 23 блока 2 управления в единичное состояние, при этом вырабатывается сигнал УСТУ, который разрешает поступление тактовых импульсов ТИ на вычитающий вход счетчика Т5 блока 3 вычитающих счетчиков и открывает элементы И 6 строк. При это на выходе элемента ИЛИ 14 вырабатывается синхросерия

911441

импульсов СИУСТ, которая поступает j на вход координатного множительного I блока 4. Импульсы, вьфабатьшаемые на выходах координатного множительного блока 4, через открытые элемен- 5 ты И 6 строк и элементы ИЛИ 7 поступают на входы 9 всех генераторов 8 колебаний. При этом, поскольку генераторы 8, расположенные в каждой строке, связаны общей координатной Ю линией, на их входы 9 поступает одинаковое число импульсов. После поступления КУ тактовых импульсов ТИ счетчик 15 окажется в состоянии Все нули, в результате на его выходе 15 вырабатывается сигнал РУ, который поступает в- блок 2 управления и переводит триггер 23 в нулевое состояние. Сигнал УСТУ принимает нулевое значение и прохождение тактовых импульсов 20 ТИ на вход счетчика 13 блока 3 вычитающих счетчиков прекращается. Также прекращается прохождение импульсов с вьрсодов координатного множительного блока 4 через элементы И 6строк,25 В результате на входы 9 всех генераторов 8, расположенных в -и строке, поступает t КУимпульсов и их число суммируется с предыдущим сост.ояиием счетчиков 6 (яяи счетчиков 30). зо fi итоге счетчик 26 (или счетчик 30) генератора 8, стоящего на пересечении 1-го столбца и j-и строки, переведен в состояние, 1 оторому соответствует код с численным э):вивален- ., том If-; , определяемым формулой . - ; +j-y;4 .

На этом работа устройства в режиме установки начальных фаз заканчивается. Появление сигнала Пуск на входе блока 2 управления переводит устройство в режим работы (излучения) . При этом сигнал Пуск перево- дит в единичное состояние триггеры 21 и 24, вырабатывается сигнал УСТХ, 5 а на выходе элемента И 25 начинает вырабатываться синхросерия импульсов СИРАБ, которая поступает на вход координатного множительного блока 4 и через элементы ИЛИ 13 проходит на 50 все его выходы. Через открытые сигналы УСТХ,элементы И 5 столбцов и элементы ИПИ 7 синхроимпульсы серии СИРАБ с выходов координатного множительного блока 4 поступают на входы 55 9 всех генераторов 8 колебаний. При

использовании генераторов . 8 синусоидальньпс колебаний, реализованных в

10

соответствии с функциональной схемой приведенной на фиг, 5, вид сигналов, подаваемых на отдельные излучающие элементы антенной решетки, иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 7), где диаграмма 33 отображает последовательность синхроимпульсов серии СИРАБ, диаграмма 34 - вид сигнала с нулевой фазой, диаграмма

35- вид сигнала со сдвинутой фазой. Кружками на диаграммах обозначены отсчеты, получаемые на выходе цифроаналогового преобразователя 28, а непрерыйные кривые отображают сглаженые сигналы на выходе фильтра 29. На осях времени диаграмм 34 и 35 поставлены числа, соответствующие состояниям счетчика 26, который для примера взят трехразрядным. Из диаграмм (фиг, 7) видно, что генератор 8, имеющий начальное состояние счетчика 26, равное трем (в двоичной системе 011), вырабатывает синусоидальный сигнал, сдвинутый по фазе на величину (31f/4) по отношению к сигналу, вырабатываемому таким же генератором 8, именицим нулевое начальное состояние счетчика 26 (в двоичной системе - 000),

При использовании генераторов 8, реализованных в соответствии с функциональной схемой (фиг. 6), вид сигналов, подаваемых на отдельные излучающие элементы антенной решетки, иллюстрируются временными диаграммами (фиг. 8), где диаграмма

36отображает последовательность синхрои пульсов СИРАБ, диаграмма 37 вид сигнаЛа с нулевой фазой, диаграмма 38, - вид сигнала со сдвинутой фазой, 39 - сигнал ,на инверсном выходе старшего разряда счетчика 30, 40 сигнал на выходе фильтра 32. На диаграммах иллюстрируе -ся случай использования трехразрядного счетчика 30 и сдвиг фаз на величину () .

При поступлении на вход блока 2 управления сигнала Стоп триггеры 21 и 24 переводят в нулевое состояние, в результате получение синхроимпульсов СИРАБ на выходе элемента И 25 прекращается, сигнал УСТХ принимает нулевое значение, элементы И 5 столбцов закрываются и, работа устройства в режиме излучения прекращается.

11114411812

Использование в устройстве длястолбцов и элементов ИЛИ позвоуправления лучом антенной решеткилит упростить устройство и поцифровых генераторов колебаний , высить технологичность его изгоэлементов И строк , элементов И iтовления.

/W ,W

Фиг. 2

ЯЗиг.З

Фаг.б

Фаг. 5 M CffPAS l I I I I I I I I I I I Ml I I I I Bec