Способ контроля работоспособности фазированной антенной решетки Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

фа

Изобретение относится к технике ан- те -1ных измерений и может быть использо- но для.контроля работоспособности

зированной антенной решетки (ФАР).

Известен способ контроля работоспо- со зности антенн электрического сканирования, в котором контролируемая ФАР имеет кр эме основного входа, к которому подсое- динен приемо-передатчик системы, два из верительных .входа: один - передающий, др/гой - приемный. Эти измерительные входы соответствуют двум лучам, размещенным по обе стороны основного луЧа решетки. Вначале основной луч ФАР вы :тавляется в положение, перпендикулярное относительно раскрыва решетки. Контрольный сигнал подаётся на передающий измерительный вход. Часть сигнала отражаете я от излучателей ФАР и синфазно скла- дывается от каждого излучателя на

приемном измерительном входе. При этом сигнал на приемном входе решетки будет максимальным. При покачива нйи луча относительно перпендикулярного положения появляется дополнительный сдвиг фаз между элементарными излучателями, вследствие чего условие.сйнфазности при суммировании сигналов на приемном входе нарушается. Сигнал на приемном измерительном входе приблизительно соответствует множителю решетки данной системы.

Недостатком данного способа является низкая достоверность контроля работоспособности ФАР. При определенном количестве вышедших из строя элементарны излучателей, расположенных равномерно по полотну решетки, например, по случайному равномерному закону, форма множителя решетки практически не изменяется, хотя мощность излучаемого антенной сигы со

4

нала будет снижена. Подобные виды отказов с помощью данного способа обнаружить невозможно.

Наиболее близок к предлагаемому способ контроля работоспособности ФАР, включающий излучение эталонного сигнала, прием его контролируемой ФАР, измерение амплитуды принятого сигнала при различных направлениях фазирования контролируемой ФАР и сравнение намеренно- го значения амплитуды с соответствующим пороговым значением для каждого из направлений фазирования.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля.о

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно суммируют сигналы, принятые контролируемой ФАР для .всех направлений фазирования, измеряют амплитуду суммарного сигнала, сравнивают ее с поро- говым значением, а работоспособность ФАР определяют по результатам первого и второго сравнений; -о ..

На чертеже приведена схем;а структурного электрического устройства, реализую- щего способ контроля работоспособности

ФАР. - ;.: .: ..;.... ., .

Устройство, реализующее способ контроля работоспособности ФАР, содержит внешний источник электромагнитной энер- ГИ1/Г1, подключенный к входу вспомогательной антенны 2 .для облучения контролируемой Ф.АР 3, многоотводную линию задержки (МЛЗ) 9, Ni/2 фазовращате- лей 1.0, два сумматора 11 и 12, блок цифровых измерителей (БЦИ) 13, блок управления и регистрации (БУР) 8. :.-. .

В состав ФАР З.входят N излучателей 4, N фазовращателей 5, сумматор 7, узел управления 6. .-... .

Способ контроля работоспособности ФАР реализуется следующим образом. Крн- тролируемую ФАР 3 в режиме Сканирования ДН облучают эталонным сигналом, формируемым внешним источником элек т- ромагнитной энергии и излучаемым вспомогательной антенной 2. Сигналы, полученные путем суммирования принятых сигналов всех каналов излучателей 4 ФАР 3, при каждом Р., i-м направлении сканирова- ния усиливают, детектируют и сравнивают с соответствующими верхними Рвр.1 и нижним PBH.I пороговыми значениями, выбираемыми в зависимости от направления сканирования. Если амплитуда сигнала при направлении сканирования ДН находится в допуске, принимают решение о работоспо- собности ФАР, если не в допуске-проводят поочередной контроль каналов, при котором выполняют следующую последовательность операций: принимают контролируемой ФАР 3 сигнал от вспомогательной антенны 2, определяют суммарный сигнал со всех Р,1 направлений сканирования и сравнивают его с соответствующим пороговым значением. Если амплитуда суммарного сигнала находится в допуске, принимается решение о работоспособности ФАР, если не в допуске - проводится поочередный контроль каналов.

. Устройство, реализующее способ контроля работоспособности ФАР, работает в двухосновных режимах, Режим А состоит из I циклов (I PI), количество которых определяется числом направлений сканирований ДН ФАР 3, режим А заканчивается после контроля работоспособности ФАР при всех PI направлениях сканирования и после сравнения суммарного сигнала, полученного, путем суммирования сигналов со всех PI направлений сканирования ДН, с верхним Рвр,1 и нижним PBH.I пороговыми значениями. Если в каком-либо цикле Ap,i будет обнаружен отказ. ФАР 3 или суммарный сигнал со всех I направлений сканирования ДН не будет в допуске, устройство переходит в режим Б, при котором осуществляется поочередный контроль каждого канала,

В режиме А устройство работает следующим образом. Блок управления и регистрации 8 выдаёт код Pi-ro направления сканирования на ФАР 3 и управляющий сигнал на генератор 1, В этот же момент времени с БУР 8 подается сигнал на БЦИ 13, разрешающий прием кода информации с него.: .

При этом генератор 1 выдает тестовый СВЧ-сигнал на рабочей частоте ФАР 3 на вспомогательную антенну 2, которая его излучает. Тестовый сигнал, излученный антенной 2, принимается излучателями 4 контролируемой ФАР 3. Сигнал на выходе ФАР 3 при Pi-м направлении сканирования подается на вход БЦИ 13, где измеряется его амплитуда и выполняется преобразовав нг;е ее в цифровой код с последующим вводом в БУР 8. где производится сравнение кода сигнала, принятого при Pi-м направлений сканирования, с кодами верхнего Pep.i и нижнего PHP.I пороговых значений. Если код сигнала находится в допуске, то в БУР 8 формируется признак работоспособности ФАР 3 при направлении сканирования и выдает коды на УУ 6 для Р( направления сканирования. Последовательность операций контроля работоспособности ФАР при Р(1+1)-м. направлении сканирования аналогична последовательности операций при Pi-м направлении сканирования.

Если код сигнала, принятого при Pi-м направлении сканирования ДН, не в допуске, устройство переходит в режим Б.

По команде с БУР 8 фэзовращатели 5 улргвляются УУ б таким образом, что фазы сигнала, принимаемого излучателем 4 ФАР 3, изменяются на величину Дуне частотой Qipj з за время t, равное периоду измерения шплитуды и фазы сигнала, контролируемого излучателя 4. Причем остается постоянным за дискрет времени t (2fn)

Ri где tr t, Ri - число отводов в МЛЗ 9

-1

е четное число), t - время накопления льсов, Qi 2л f0.

(цел имп

Последовательность контроля устанавливает БУР 8 с помощью УУ 6 ФАР 3. Сум- маршй сигнал от N излучателей 4 конт эолируемой ФАР 3 подается на МЛЗ 9

с Ri

отводами. Время задержки между соседнлми отводами равно периоду коммутации контролируемого фазовращателя 5 ФАР 3, а число отводов равно числу переключений контролируемого фазовращателя 5 Ф/1 Р 3 за период измерения амплитуды и фазь сигнала, принимаемого контролируемым излучателем 4, то есть ta tri Ri г.

величина сдвига фазы сигнала фа- зовр щателя 10 устанавливается до начала изме ёний амплитуды и фазы сигнала конт- роли эуемо о излучателя 4.

Например, Ri г 2, , Fmr и

Р2Пг

п-го

зиро )ания фазовращателя), - сигнал на выходе каждого п-го неконтролируемого канала с . На выходе сумматора 11 ск 1адываются в фазе все сигналы F2nr и в прстивофазе Finr, т.е. выделяется сигнал,

- сигналу на выходе контролируемого знала соответственно с Ф( где ...Li - целое число, LI 2 л/ДФ ), 1ДФ+я (где ДФ-дискрет фа

созд т ролу

фазо за to,

вэемый за счет переключения фаз кон- руемого фазовращателя F2n. На выходе сумматора 12, наоборот, в фазе скла/ ываются Finr. Fanr - в противофазе. и выделяется сигнал ФАР 3, называемый опорным.

общем случае число переключений г |ращателя 5 контролируемого канала

где to - период измерения амплитуды

и фазы сигнала, принимаемого контролируемым излучателем, число отводов Ri и величина ; Др1, выбирается из условия компенсации суммарного сигнала от некон- тролк руемых излучателей 4 и выделения сигнала Fan от контролируемого п-го излу- чател 4 ФАР 3 на выходе сумматора 11 и

выделения опорного сигнала на выходе сумматора 12, при этом

-$ -S/inr:

г

Ri

F2n У F2nr r 1

5

5

0

0

5

0

5

0

5

0

5

Сигналы Fi и Fan подаются на второй и третий входы БЦИ 13 в качестве опорного и измеряемого сигналов соответственно.

Измерение параметров сигнала F2n производится в БЦИ 13. Коды амплитуды и фазы поступают соответственно через второе и в БУР 8 производится сравнение поступивших кодов с пороговыми значениями. Если амплитуда и фаза сигнала от контролируемого канала в допуске. БУР 8 выдает коды на УУ б для проведения контроля следующей S+1-й секции п-го контролируемого фазовращателя. В процессе контроля каждого фазовращателя канала в БУР 8 осуществляются регистрация (запоминание) и хранение адресов отказавших фазовраща- телей в каналах ФАР.

Как показывает моделирование этого процесса измерений, использование для определения работоспособности ФАР сканирования диаграммы направленности, суммирования .значений амплитуд сигналов, принятых контролируемой ФАР при различных направлениях сканирования максимума главного лепестка диаграммы направленности, сравнения амплитуды полученного в конце обзора по всем направлениям сканирования суммарного сигнала с пороговыми значениями повышает в два и более раз вероятность обнаружения определенного вида отказа ФАР при контроле ее работоспособности с помощью данного способа в ряде случаев, т.е. при использовании данного способа повышается достоверность контроля работоспособности ФАР.

Предлагаемый способ эффективен при полном отказе (отключении) каналов ФАР, расположенных вблизи нейтральной линии полотна ФАР. Положение нейтральной линии при сканировании ДН в плоскости определяется по формуле

при четном числе М:

N МмN МН

СК1 К 24 2. A™ m dm ХЕ, Е Aim , 1п 1

при нечетном числе М:

, Сн1if Е АПШ m dm + ЈN m dm/при m Wl, n-m

t

MH

N

gAnm+y nss. . n-I

mA

m

где Мн {М/2}, где {х} - наименьшее целое, которое больше или равно х.

Наибольшую эффективность предлагаемый способ имеет в случае, когда сумма Коэффициентов отказавших каналов равна нулю (под коэффициентом канала понимается произведение амплитудного коэффициента канала на расстояние между нейтральной линией и точкой расположения канала на полотне ФАР), т.е. . ; :Js -Si4:-S2i :;-.... : : ; i -.--%- -:

где Si и S - суммы веСовых коэффициентов соответственно первой и второй половин полотна ФАР, значения которых определяются по формулам ; : ,. ,/ :..;. при четном.числе М: .,.,. , - У Мн: ;; ;:; ,. .- : -: ..-YV Si .2, 2/Arm-Cr:; :V- - -..: / ;-: ,,...

,; nMm-l -- .- - : ,- -. :

п ОТК ГП ГПОТК1 ;. . .,,.

S2 2Б Anm C2 , : -: . .п . +МН .;.; .;: ;Nx:: - --; - П П отк .Ш ГПот1{: . : . С. ,w- ; ..- -. - .

при нечетном числе М; NMn-1 N д

S1 2;, Е Am C.1 + 2 % Cj I m-Мн. i п Ъ 1 п 1 г ..

п - Потк. т тотк п п0тк .

NMn-jЫд

.

AnmC2 + .........

П ПоТК Itl itloTK .

i i-tii -.- n-rn- - I

C2 I , I

где Ci mdm - CHi; Сг (M + 1 - m)dm - CH.i Данный способ эффективен при отказе (отключении) каналов, распределенных рав- |t номерно по. полотну ФАР, например, по случайному равномерному закону, так как сумма коэффициентов отказавших каналов при этом близка к нулю и сохраняется неизменной форма диаграммы направленности.

Т

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ контроля работоспрЬобности фазирйванной антенной решетки, включающий излучение эталонного сигнала, приём его контролируемой фазированной антенйой peшetкoй (ФАР), измерение амплитуды принятого сигнала при различных направлениях фазйрования контрЬлируёмой ФАР и сравнение измеренного значения амплитуды с соответствующим пороговым значением для каждого из направлений фазйрования. отл и ч а ю.. Щ ий с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, дополнительно суммируют сигналы, принятые контролируемой ФАР для всех направлений фэзирования, измеряют амплитуды суммарного сигнала, сравнивают их с пороговым значением, а работоспособность ФАР определяют по результатам первого и второго сравнений.