Вычислительное устройство для управления решеткой излучателей Советский патент 1985 года по МПК G05B15/02 

1 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано, преимущественно, в системах гидроакустической локации с цифровы управлением. Известно устройство для управления лучом плоской антенной решетки, содержащее узел управления, узел вычитающих счетчиков, два координат ных шoжитeльныx устройства, суммирующие счетчики строк и реверсивные счетчики столбцов, причем выходы координатш.1х множительных устройств соединены с входами суммирук« их сче чиков строк и входами реверсивных счетчиков столбцов, выходы которых через схемы совпадения соединены с входами ключевых схем, предназначенных для управления фазовращателями Til. , Недостатками указанного устройства являются его сложность и низкое быстродействие, обусловленное исполь зованием унитарного кода для установ ки начальных фаз отдельных излучателей. Кроме того, для согласования с излучателями требуются дискретноуправляемые фазовращатели. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для управления дискретно коммутационной линейкой излучателей содержащее генератор импульсов, про гранотньй блок, накапливающие сумматоры по числу излучателей, триггер знака, вход которого соединен с выходом программного блока, а первый и второй выходы соединены с первыми входами соответственно первой и вто рой схем совпадения, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы соединены с соответствующими входами накапливающих сумматоров . Недостатками данного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, поскольку упра ление лучом возможно только в одной плоскости, и сложность согласования с излучателями посредством дискретно-управляемых фазовращателей в канале каждого излучателя. Цель изобретения - упрощение согласования с излучателями и расширение функциональных возможностей путем обеспечения сканирования по двум координатам. 0 . 2 Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор последовательности импульсов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора последовательности импульсов, введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждый разряд каждого накапливающего сумматора, импульсные усилители и фильтры по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора тактовых сигналов соединен с входом второго триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И. вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, выходы первого, второго, третьего четвертого и пятого элементов И соединены с входами срответствукицих. элементов ИЛИ, выход каждого из которых подключен к входу разряда соответствующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с третьими выходами генератора последовательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего разряда каждого накапливающего сумматора через соответствующие последовательно соединенные импульсшай усилитель и фильтр подключен к выходу устройства. На фиг. t представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временная диаграмма сигналов. На фиг. 1 и 2 обозначены генератор t последовательности импульсов триггеры 2 и 3, генератор 4 тактовых сигналов с выходами 5 - 7, элементы И 8 - 12, элементы ИЛИ 13, накапливающие сумматоры 14 с входом 15 и выходом 16, импульсные усилители 17, фипьтры 18, выход 19 устройства, импульсный сигнал 20 на выходе 16 старшего разряда накапливающего сумматора. 14 с нулевьм начальным состоянием, сглаженный сигнал 21 на выходе 19, импульсный сигнал 22 на выходе 16 старшего разряда накап ливакмцего сумматора 14 с начальным состоянием равным трем (011 в двоич ной системе) и соответствующий ему сглаженный сигнал 23 на выходе 19. Генератор 1 предназначен для получения трех последовательностей синхронизирующих импульсов С, С и С„. Для обеспечения правильной работы устройства импульсы в последовательностях С, С и С, должны появляться со сдвигом во времени, достаточным для завершения переходных процессов в накапливающих сумматорах 14. Частота импульсов в последовательностях .определяет соответственно частоту излучения, скорость сканирова;ния по оси х и скорость сканирования по оси у. Триггеры 2 и 3 служат для управления на правлением сканирования по оси у и X соответственно. Генератор 4 выр батывает сигналы на выходах 5 и 6 для управления триггерами 2 и 3 соответственно и сигнал на выходе 7, разрешающий излучение. № пульсный . усилитель 17 предназначен для усиления импульсного сигнала до величи ны, необходимой для нормальной рабо ты отдельного излучения. Фильтр 18 служит дпя сглаживания импульсного сигнала. Разрядность h всех накапливающих сумматоров 14 одинакова и выбирается исходя из требуемой дискретности фазы йУ в соответствии с формулой . Устройство работает следующим образом. Предполагается, что в исходном состоянии все накапливакмцие суммато ры 14 установлены в нулевое состояние, В том случае, когда излучаемый луч не должен отклоняться от нормали к плоскости решетки излучателей, генератор 1 вырабатывает только последовательность С, а на других выходах импульсы отсутствуют. После того, как генератор 4 установит единичное значение сигнала на выходе 7, элемент И 8 откроется и импул сы последовательности С поступят через элементы ИЛИ 13 на входы 15 кладаих разрядов всех накапливающих сумматоров t4. По каждому импульсу последовательности С содержимое всех накаш1ивающих сумматоров 4 04 будет увеличиваться на единицу. В результате все накапливающие сумматоры 14 будут синхронно и периодически менять свои состояния от (О...0 до (...1) и сигналы на выходах 16 их старшего разряда и выходах 19 будут иметь вид, описываемый соответственно кривыми 20 и 21 на фиг. 2. Частота излучаемого сигнала 21 в два раза меньше х|астоты (Импульсной последовательности С. Для отклонения лзгча, например, по оси X генератор 1 вырабатывает кроме последовательности С последобательность импульсбв С, а генератор 4 с помощью сигнала на выходе 6 устанавливает триггер 3 в состояние, соответствуклцее направлению отклонения луча от нормали к плоскости рвщетки излучателей. При отклонении луча в положительном направлении с помощью триггера 3 открывается элемент И 12 и импульсы последовательности С в паузах между импульсами последовательности С поступают через элементы ИЛИ 13 в соответствующие разряды накапливающих суммато-/ ров 14. В результате накапливающие сумматоры 14, расположенгале в i-M столбце, получат приращение равное (+0. При отклонении луча по оси X в отрицательном направлении с помощью триггера 3 открывается элемент И Ни импульсы последовательности GX в пазах меаду импульсами последовательности С поступают через элементы ИЛИ 13 в соответствующие разряды накапливающих сумматоров 14. При этом накапливающие сумматоры 14, расположенные в {-м столбце, получают приращение равное (-i). Поступление следующих импульсов серии С приведет к синхронному изменению состояний всех накапливающих сумматоров 14, однако между сигналами на выходах 19 в разных столбцах появится сдвиг по фазе равный i л Ч по отношению к сигналу на выходе 19 в нулевом столбце. На фиг. 2 кривые 22 и 23 отображают сигналы на выходе 16 старшего разряда накапливающего сумматора 14 и выходе 19 соответственно для случая, когда сдвиг по фазе составляет три дискрета фазы аЧ. Аналогичным образом осуществляется отклонение луча по оси у. Для этого генератор I должен вырабатывать импульсную последовательность С,.. С помощью сигнала на выходе 5 триггер 2 устанавливается в состояние, соответствунщее направлению отклонения луча по оси у. Через элементы ИЛИ 13 импульсы поступают на соответствующие разряды всех сумматоров 14, в результате чего сумматоры 14, находящиеся в j-й строке, получат приращение (+J) или (-j) в зависимости от знака отклонения, а сигналы на выходах 19 получат соответствующие фазовые сдвига на величину ju. Обозначим текущую фазу сигнала на выходе 19, расположенного в i-м столбце и j-й строке, через f,-; , тогда в соответствии с работой устройств ее величина определяется формулой (.--t)niecJ2Jr, СЯ где n - число разрядов накапливающег сумматора 14; частота импульсов последовательности С; частота импульсов последовательностей С и С соответственно;время излучения, равное времени,, в течение которого сиг нал на выходе 7 принимает единичное значение; и Чвремя, в течение которого ос ществляется сканирование в п ложительном и отрицательном направлениях по осям X и У соответственно. Из формулы (1) видно, что частот излучаемого сигнала F определяется частотой F{ импульсов последователь ности С и равна а скорость сканирования по осям X и У однозначно определяется независ мыми частотами Fcx PC .у соответству щих последовательностей С к Су, Точность установки луча в заданное направление определяется величи ной дискрета фазы , которы в свою очередь, определяется разряд костью n накапливающих сумматоров. В предлагаемом устройстве устраняется необходимость в использовани фазовращателей, а импульсные усили11тела представляют собой .по существу мощные ключевые каскады, которые по сравнению с обычными усилителями., работающими в активном режиме, содержат меньшее число компонентов, обладают более высоким КПД, некритичны к разбросу параметров компонентов и источников питания и более устойчивы к воздействию внешней среды. Ввиду невысоких требований к форме сигналов, подаваекмх на излучатели, сглажнваклцие фильтры могут быть построены по самым простейшим схемам, Более того, сами излучатели обладают определенной инерционностью и резонансными свойствами и в большинстве случаев импульсное возбуждение излучателей является вполне приемлемым. Устройство может быть полностью построено на серийных микросхемах малой и средней степени интеграции. В частности, при дискретности фазы равной Я/8 нужны четырехразрядные накапливающие сумматоры, для построения каждого из которых потребуется две микросхемы средней степени интеграции (например, одна микросхема четырехразрядного комбинационного г сумматора К155ИМЗ и одна микросхема К155ТМ5, содержащая четыре 13-триггера) . По сравнению с известным устройством при одинаковых функциональных возможностях, а именно при сканировании лучом по двум координатам, в предлагаемом устройстве отсутствует необходимость в дополнительных фазовращателях с дискретным управлением, количество координатных линий связи равно четырем, в то время как в известном устройстве количество координатных линий связи определяется размерами решетки излучателей и числом секции фазовращателей и для рещетки размером 30x30 и четырехразрядньпс фазовращателей количество координатных линий связи равно 150, следовательно, предлагаемое устройство для указанного случая позволяет более чем в 30 раз сократить число координатных линий связи, для решетки больщих размеров этот выигрьш соответственно будет больше, это упрощает технологию изготовления и повышает надежность зксштуатации. Предлагаемое устройство обеспечивает более широкий диапазон скоростей сканирования лучом, скорость скани.71 рования можно оценить временем откло нения луча на угол, соответствующий одному дискрету фазы, в предлагаемом устройстве отклонение на один . дискрет фазы осуществляется в течение одного периода синхроимпульсов, в то время как в известном устройстве для этого необходимо число тактов синхроимпульсов, равное количеству излучателей в столбце или строке решетки, следовательно, для решетки излучателей размером 30 х 30, предлагаемое устройство обеспечивает в 30 раз большую скорость сканирования лучом. В навигационно-рыбопоисковом комплексе Сарган-К управление лучом решетки излучателей осуществляется путем вращения механической конструкции антенны, таким же способом осуществляется стабилизация луча по отношению к качке судна. В предлагаемом устройстве упра1 лё-. ние лучом осуществляется электрическим способом без каких-либо механических перемещений. Это позволяет существенно увеличить скорость сканирования , повысить надежность работы и технологичность изготовления за счет исключения сложных механических, электромеханических и гидравлических узлов и систем при этом снижается вес, габариты и металлоемкость изделия. Кроме того, электрическое управление сканированием является наиболее благоприятным с точки зрения возможности автоматизации процесса поиска рыбы с помощью судовых средств вычислительной техники. Таким образом, применение устройства позволяет шире использовать 1|ифровую элементную базу и обеспечивает большую гибкость функционирования.I

/

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕШЕТКОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, содержащее генератор последовательности импульсов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора последовательности импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения согласования с излучателями и расширения функциональных возможностей путем обеспечения сканиро-. вания по двум координатам, в него введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждь1й разряд каждого накапливакицего сумматора, импульсные- усилители и фильтрна по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора/ тактовых сигналов соединен с входом второго триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, выходы первого, второго, третьего, (Л четвертого и пятого элементов И соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ, выход каждого иэ которых подключен к входу разряда соответствующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с треел тьими выходами генератора последоо ф вательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего Сдд О разряда каждого накапливающего сумматора череэ соответствующие последовательно соединенные импульсный усилитель и фильтр подключен к выходу устройства.