Вычислительное устройство для управления лучом плоской антенной решетки Советский патент 1990 года по МПК G05B15/02 

(Л

С

315

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в радиолокации для управления двоичными дискретными фазовращателями антенных решеток.

Цель изобретения - повышение точности за счет компенсации погрешностей производственного разброса характеристик фазовращателей.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема реверсивного счетчика на фиг.З - функциональная схема суммирующего счетчика; на фиг.4 - функциональная схема сумматора;на фиг.З - функциональная схема блока переключения фазовращателей; на фиг.6 - вариант подключения входов одного из триггеров счетчика к входу параллельной установки; на фиг.7 - эпюры напряжений, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания, координат- но-множительные блоки 3, 4, дешифратор 5, элементы И 6, реверсивные счетчики 7, суммирующие счетчики 8, группы 9 блоков управления фазовращателем, блок 10 переключения фазовращателей , входы 11т16 и выход 17 устройства, элементы И 18, 19, элементы ИЛИ 20, 21, переключатели 22, 23, элемент ИЛИ 24, триггеры 25, элементы ИЛИ 26, вход 27 установки реверсивного счетчика, элемент ИЛ 28, триггеры 29, переключатели 30, . 31, элементы ИЛИ 32, 33, триггеры 34 регистра, сумматор 35, элементы И 36 входы 37, 38 элемента ИЛИ 28, управляющий вход 39 счетчика, установочный вход 40 счетчика, вход 41 параллельной установки, выход 42 счетчика, полусумматор 43 младшего разряда, сумматоры 44, входы 45, 46 сумматора 35, выход 47 сумматора, счетчик 48 старших разрядов, счетчик 49, элемент 50 задержки, вход 51 и выход 52 блока 10.

Переключатели 30, 31 счетчиков 8 (фиг.З) и переключатели 22, 23 счетчиков 7 (фиг.2) установлены в такие положения, чтобы сумма двоичных кодов начального состояния суммирую-, щего счетчика m-й строки (т 6 1, М) и реверсивного счетчика n-го столбца (n t 1.N) равнялась дополнительному двоичному коду, соответствующему начальной фазе возбуждения пт-го

0

излучающего элемента антенной решетки, расположенного на пересечении га-й строки и n-го столбца, плюс единица к (г-Р)-му разряду данного кода, где г - число разрядов счетчиков 7 и 8, Р - число разрядов дискретных фазовращателей. Если, например, г 4, р 2, двоичный код начальной фазы возбуждения mn-го излучающего элемента равен 0110, то сумма двоичных кодов начального состояния суммирующего счетчика m-й строки и реверсивного счетчика n-го столб - ца должна быть 1100. Положения переключателей 22, 23 и 30, 31 в процессе эксплуатации антенной решетки не изменяются.

Пусть, например, счетчики 7 и 8 четырехразрядные (г 4), а применяемые в антенной решетке фазовращатели - двухразрядные (Р 2). При строчно-столбцовом управлении принимается выражение для начальной фазы

25 W

Нач

в виде

W

Н0(1|

(ш,п). 2Ј C|(rt;+ Ј,о

0 где Хм

шn 0

координаты mn-го излучающего элемента; число членов-ряда, определяемое требуемой точностью вычислений, т.е. числом триггеров 29 в счетчиках 8 и триггеров 25 в реверсивных счетчиках 7; - коэффициенты аппроксимации . Выражение (1) можно представить

С.

в виде

45

WH«v m n WH« + WHM(,(n),(2)

где

0

WHev(m)

WHC)4(n)

2 Т

2JL

Т

iv

Т

i

it

с x2 Ljxm

С Y1 V

(3)

(4)

55

В результате расчетов по формулам (1)-(4) установлено, что при длине волны А А к начальная фаза возбуждения элементов m-й строки

W

и«ч

,(m) 4,875ТР, а начальная фаза

возбуждения n-го столбца WBC|)n) « в 3,125Т, или в двоичном коде соответственно WHC,4(m) « 0111, WH „(n) 1001. В соответствии с этим переключатели 30, 31 счетчика 8 m-й строки должны быть установлены в такие положения, чтобы элементы ИЛИ 32, 33 были подключены к входу 41 параллельной установки, соответствующей K-й длине волны (К е 1,L) в соответтвии с двоичным кодом, дополнительным по отношению к коду W Но( ц(т) 0111 , т. е. 1001, плюс единица ко 2-му разряду, т.е. 1011. Это означает, что к входу 41 параллельной установки счетчика через элементы ИЛИ.32 должны быть подключены единичные входы триггеров 34 1-го, 2-го и 4-го разрядов параллельного регистра, а через элементы ИЛИ 33 - нулевой вход триггера 34 3-го разряда регистра.На фиг.6 показан пример подключения, входов одного из триггеров 34 к входу 41 па- реллельной установки, соответствующих рабочим длинам волн А,- чеРез элементы ИЛИ 32, 33 и переключатели: 30, 31.

Переключатели 22, 23 реверсивно-: го счетчика 7 n-го столбца должны быть установлены в такие положения, чтобы элементы ИЛИ 20, 21 были подключены к входу.27 параллельной установки, соответствующей К-й длине волны Ak , в соответствии с двоичным кодом, дополнительным по отношению к коду Инач(п) 1001, т.е. 0111. Это означает, что к входу 27 параллельной установки через элементы ИЛИ 20 должны быть подключены единичные входы триггеров 25 1-3-го разрядов,а через элементы ИЛИ 21 - нулевой вход 4-го разряда.

Ошибка установки фазового состояния mn-го фазовращателя, обусловленная производственным разбросом его характеристики, определяется

выражением

tfnp() Чсист(т п) + )

5

S - номер дискретного

состояния mn-го фазовращателя, S е 0

Случайные ошибки ifs(m,n) компенсируются путем периодического переключения одновременно всех фазовращателей фазированной антенной решетки (ФАР) в очередное дискретное состояние с таким расчетом, чтобы за время пребывания луча ФАР в заданном направлении каждый фазовращатель принял все свои дискретные состояния

в течение одинаковых отрезков времени, а систематическая ошибка Ч,., -,.() может быть скомпенсиро СИ С г

вана путем подбора фазовращателей с равными систематическими логрешно0 стями или путем установки в каждом канале ФАР дополнительного фиксированного фазовращателя, обеспечивающего (Oft(m,n) YCMCT(m,n). Одновременное переключение всех фазо5 вращателей ФАР осуществляется с помощью блока 10.

Введение в коды управления фазовращателями одинаковых значений фазы, равномерно распределенных в ин0 тервале (0,d(f), где fiif- дискрет переключения фазовращателей, осуществляется также блоком 10. Для каждого последовательного значения кода управления величина этой дополнительной фазы определяется соотношением

lfK- К (d(f/G)

(6)

где G - количество зондирующих импульсов в данном положении луча (G

К - номер дополнительного зна- чения фазы, К 0,1,2,...,

G-1.

Если усреднение погрешностей измерений осуществляется по 6 зондированиям, то среднеквадратическая по- грешность установки фазового состояния фазовращателя, вызванная дискретный характером управления, определяется соотношением

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в радиолокации для управления двоичными дискретными фазовращателями антенных решеток. Цель изобретения - повышение точности за счет компенсации погрешности производственного разброса характеристик фазовращателей. Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 вычитания, координатно-множительные блоки 3, 4, дешифратор 5, элемент И 6, реверсивные счетчики 7, суммирующие счетчики 8, группы 9 блоков управления фазовращателем, блок 10 переключения фазовращателей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

if (m,n) - систематическая ошиб- ys(m,n)

ка mn-го фазовращателя;

- случайная ошибка mn-го фазовращателя;

55

РК,

;

(7)

что эквивалентно применению в антенне фазовращателей с дискретом переключения dV/G.

Устройство работает следующим ofF разом.

На вход 15 поступает двоичный код рабочей длины волны, в соответ- ствии с которым на одном из выходов дешифратора 5 формируется сигнал единица, поступающий на вход соответствующего элемента И 6.

На информационные входы 13, 14 по ступают в двоичном коде числа

К,-2

3;

к

к2-2

,

Q . - число триггеров в первом координатно-множительном блоке;

Q4 - число триггеров во втором координатно-множительном блоке,

К.

2/Tdft

cost/,

К12fcU

cos$

де da чcose/, cosЈ расстояние между излучателями в строке; расстояние между излучателями в столбце;30

направляющие косинусы требуемого положения луча относительно осей прямоугольной системы координат, рас- ,, шает запись двоичных кодов К

положенных в плоскости антенной решетки и ориентированных вдоль ее .строк и столбцов.

На вход 16 и на вторые выходы всех элементов И 6 от центрального процессора радиотехнического устройства синхронно с зондирующими импульсами поступают импульсы управления, каждый из которых задержан относительно импульса Пуск на время, достаточное для установки исходного состояния реверсивных счетчиков 7 и суммирующих счетчиков 8 (фиг.7, эпюра 2). Импульс управления через один из открытых (в соответствии с рабочей длиной волны) элементов И 6 поступает на входы параллельной установки суммирующих счетчиков 8, реверсивных счетчиков 7. При этом триггеры 25 счетчиков 7 и триггеры 34 счетчиков 8 устанавливаются в исходные состояния, соответствующие дополнительному коду исходной длины

40

45

50

55

На чертвертом выходе блока равления формируется импульс ния, который поступает на вхо решения умножения координатно тельных блоков 3, 4 и открыва информационные входы на время хождения импульсных посылок о ка 2 вычитания.

Импульсы с третьего выхода ка 1 управления поступают на разрешения вычитания блока 2 ществляют считывание записанн его счетчиках информации, в р тате на первом и втором число пульсных выходах блока 2 вычи образуются импульсные посылки ло импульсов в которых равно Kj. Эти импульсные посыпки по ют соответственно на координа множительные блоки 3 и 4, где жаются соответственно на вели

ш

- 1 2

и

п

- 1 .

,

Q

5

0

5

0

,, шает запись двоичных кодов К

40

45

50

55

волны. С входа Ю импульс управления поступает на элемент 50 задержки.Эле мент 50 задержки осуществляет задержку импульса управления на время, достаточное для отработки блоком 1 команд Пуск и Стоп, поступающих с центрального процессора радиотехнического устройства (фиг.7, эпюры

но ц Ј , -) ) .

С приходом команды Пуск на выходе блока 1 формируется импульс сброса, который поступает на блок 2 вычитания, координатно-множительные блоки 3, 4 и устанавливает содержащиеся в них триггеры в нулевое состояние. Импульс сброса поступает также и на входы 40 счетчиков 8 и через открытые элементы И 36 (см. фиг.З) устанавливает триггеры 29 счетчиков 8 в состояние-, соответствующее двоичному коду на выходе сумматора 35, Так как на управляющем входе 39 суммирующего счетчика в данным момент времени код соответствует уровням логических нулей (фиг.7, эпюра 5), исходное состо- яние соответствующих разрядов триггеров 34 и 29 в каждом из счетчиков 8 будет одинаковым.

На втором выходе блока 1 управления формируется сигнал записи кода, который поступает на вход разрешения записи блока 2 вычитания и разреи К.

На чертвертом выходе блока 1 управления формируется импульс умножения, который поступает на входы разрешения умножения координатно-множи- тельных блоков 3, 4 и открывает их информационные входы на время прохождения импульсных посылок от блока 2 вычитания.

Импульсы с третьего выхода блока 1 управления поступают на вход разрешения вычитания блока 2 и осуществляют считывание записанной в его счетчиках информации, в результате на первом и втором число-импульсных выходах блока 2 вычитания образуются импульсные посылки, число импульсов в которых равно К1 и Kj. Эти импульсные посыпки поступают соответственно на координатно- множительные блоки 3 и 4, где умножаются соответственно на величины

и

п

- 1 .

9

Получившиеся на выходах коорди- натно-множительных блоков 3, 4 импульсные посылки, количество импульсов в которых К, (т-1) и K,(n-t) пропорционально требуемым значениям фаз излучения строк и столбцов, поступают в суммирующие счетчики 8 и реверсивные счетчики 7, где суммируются с записанными ранее, в результате установки триггеров 29 и 25 в исходное состояние, величинами W „чч (т) и W (п), представленными в дополнительном коде, и величиной u(f/2 в суммирующих счетчиках 8, представленной единицей, добавленной к (г-р)-му разряду. При этом реверсивные счётчики 7 сигналом записи с пятого выхода блока 1 управления установлены для с-чета в прямом направлении.

С поступлением сигнала с шестого выхода блока 1 управления реверсивны счетчики переводятся в режим счета в обратном направлении. После этого с седьмого выхода блока 1 управления на счетные входы всех суммирующих счетчиков 8 и реверсивных счетчиков 7 начинают поступать импульсы, количество которых равно 2 . Импульсы складываются с информацией в суммирующих счетчиках 8 и вычитаются из информации, записанной в, реверсивные счетчики 7. В момент, когда в реверсивном счетчике сигналы на всех кроме младшего, инверсных выходах триггеров 25 (фиг.2) принимают единичные значения, информация с выхода старших разрядов суммирующих счетчиков 8 переносится к n-е блоки 9 управления фазовращателем. Из блока 9 информация поступает на дискретный фазовращатель, который принимает положение, определяемое выражением

p(m,n) dc/ Ent x

Г Vjf ((min) V. 1л i aJ 1

I

йу

(8)

- требуемое значение фа- зы излучения mn-го

излучающего элемента, определяемое в соответствии с заданным положением луча как

К, (т-1) +К4(п-1). (9)

580393I0

К моменту поступления команды Стоп н& вход 12 всех MxN фазовращателей ФАР примут положения в соответ5 ствии с выражением (8). По истечении времени задержки (ЈWA, фиг.7), которое определяется элементом 50 задержки блока 10, на входы счетчиков 48 и 49 поступит импульс, который изме10 кит их состояние на единицу. $пя варианта блока 10, представленного на фиг.5 (Р 2, (V 2, G 4), двоичный код на выходе 52 при поступлении первого импульса через время эа15 держки равен 0101 (фиг.7, тора 5). Этот код поступает-на входы 39 счетчиков 8, суммируется с записанными ра- 1 нее в результате установки счетчиков в исходное состояние величина20 ми W j(m) в дополнительном коде и величиной Aif/2, после чего при подаче импульса на входы 40 счетчиков 8 полученная сумма записывается на триггерах 29. Далее устройство

2$ вновь будет отрабатывать команды

Пуск и Стоп при тех же значениях Kj и К в результате чего код фазового состояния всех фазовращателей ФАР изменится на величину фа30 зовой подставки, код которой для нашего примера 0101.

Следующий импульс управления вновь изменит код на выходе блока 10,код фазовой подставки составит 1010, и

35 т.д. С приходом же импульса, номер которого равен G, счетчики 48 и 49 блока 10 обнуляются (фиг.7, эпюра 5).

В соответствии с изложенным код

40 управления фазовращателем mn-го излучателя в предлагаемом устройстве определяется следующим выражением

{JK el(m,n) х

JirliSinl I HjlMl2iSlA2i5«f «/ eejtJ

(10)

где 1 - номер фазовой подставки, поступающей в младшие разряды фазовращателя с каждым зондированием (1 0,1,2,...,

2Р - 1);

дополнительное значение фазы тока возбуждения гап-го излучателя, определяемое соотношением (6);

S (m,n) - выражение в фигурных скобках определяет но11 ,15

мер дискретного состояния ran-го фазовращателя, S(m,n) 01 1

I у - J О J I

Выражение (8) является частным случаем выражения (10) при воздействии первого импульса управления, когда К 1 0. Поэтому при излучении первого из G зондирующих импульсов фазовращателя ФАР фазовой подставки не получают.

Фактическое значение фазы тока возбуждения тап-го излучателя определяется как

/Чга.п)

tm«

ИЭЛ

(M)(mfni

WMat,(m,n) + tf

,5

up

(m,n). (11)

В рассматриваемом устройстве после установки фазовращателей в дискретные состояния в соответствии с I заданным направлением излучения и в соответствии с начальной фазой W ч(т,п), начиная со второго, каждый из импульсов управления, жестко связанных во времени с зондирующими импульсами радиотехнического устройства, переключает одновременно все фазовращатели в очередное дискретное состояние с таким расчетом, чтобы за время пребывания луча ФАР в заданном направлении каждый фазовращатель Принял все свои дискретные состояния в течение одинаковых отрезков времени. При этом ошибка в установке фазы тока возбуждения mn-ro излучателя определяется как

(к-), ч (к,е) , ч fl4W Vu«. (m,n) гмэл

ИЗл

-ф(т,п) - tfK-flifl , (12)

а ее усредненное по К и 1 значение

2р-1

- -1 Ј Z АЧ( kzO -n

(13) быть скомТак как сист() может пенсирована одним из упомянутых способов, ошибка (m,n) представляет собой центрированную случайную величину, таким образом

О,

(14)

Следовательно, управление фазовращателями ФАР посредством предложенного устройства приводит к компенсации погрешностей установки луча, обусловленных производственным разбросом характеристик фазовращателей.

Формула изобретения

5

0

0

5

0

0

5

5 и Стоп блока управления являются

соответственно входами Пуск .и Стоп устройства, входы установки в О координатно-множительных блоков и вход установки в О блока вычитания соединены с первым выходом блока управления, первые входы элементов И подключены к соответствующим выходам дешифратора, вход которого является входом кода длины волны устройства, выходы элементов И подключены к соответствующим входам параллельной установки реверсивных и суммирующих счетчиков, второй выход блока управления подключен к входу .разрешения записи блока вычитания, третий выход блока управления подключен к входу разрешения вычитания бло- ка вычитания, первый и второй ин5 формационные входы которого являются соответствующими информационными входами устройства, первый и второй число-импульсные выходы блока вычитания подключены к информационным входам первого и второго координатно-мно- . жительных блоков соответственно, входы разрешения умножения которых подключены к четвертому выходу блока управления, пятый выход которого подключен к входам разрешения прямого счета реверсивных счетчиков, входы разрешения обратного счета которых подключены к шестому выходу блока управления, седьмой выход которого

13

подключен к счетному входу каждого реверсивного и суммирующего счет- чиковд i-й информационный выход (i 1, М, М - число строк антенной решетки), первого коордннатно-мно- жительного блока подключен к входу последовательной установки i-ro суммирующего счетчика, j-й информационный выход (j 1, N, N - число столбцов антенной решетки) второго координатко-множительного блока подключен к входу последовательной установки j-ro реверсивного счетчика, выходы разрядов j-ro реверсивного счетчика, кроме старшего, подключены к соответствующим информационным входам j-x блоков управления фазовращателем всех групп, первые управляющие входы которых подключены к выходу старшего разряда j-ro реверсивного счетчика, второй управляющий вход блоков управления фазовращателем i-й группы подключен к выходу старшего разряда суммирующего счетчика, выходы остальных разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам блоков управления фазовращателем i-й группы, инфор27 Вхадпоромельной Счетный бход цстонооки

0393

мационный выход j-ro блока управления фазовращателем i-группы является j-м информационным выходом i-й группы устройства, о т л и повышения точности за счет компенсации погрешностей производственного разброса характеристик фазовра- щателей, в него введен блок переключения фазовращателей, вход которого и вторые входы элементов И соединены с управляющим входом устройства, выход блока переключения фазовращателей соединен с управляющими входами суммирующих счетчиков соответственно, установочные входы которых подключены к первому выходу блока управления.

iev

является входом блока, а выход подключен к счетным входам счетчика старших разрядов и счетчика, выходы которых являются выходом блока.

5

0

Запись дыюд

%2.J

k5 №1

Фиг1

39 W