УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
APPARATUS FOR FORMING ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY BEAM PATTERN

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для формирования диаграммы направленности (ДН) в связных или радиолокационных активных фазированных антенных решетках (АФАР).
Известно радиоприемное устройство когерентной радиолокационной станции (РЛС) [Патент РФ 2189054 от 28.07.2000], содержащее гетеродин и когерентный приемник с цифровым выходом, N (N - целое число) каналов приема, состоящих каждый из введенного аналогового сумматора, когерентного приемника с цифровым выходом и введенного фазовращателя, причем в каждом канале приема вход радиоприемного устройства соединен с первым входом введенного аналогового сумматора, второй вход аналогового сумматора соединен с выходом введенного фазовращателя, вход которого соединен с выходом гетеродина, выход аналогового сумматора соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом, второй вход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала параллельно соединен с выходом гетеродина, первый выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом первого цифрового сумматора, второй выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом второго цифрового сумматора, а выход первого цифрового сумматора является первым выходом радиоприемного устройства и выход второго цифрового сумматора является вторым выходом радиоприемного устройства.
Каждый когерентный приемник с цифровым выходом состоит из усилителя радиочастоты, выход которого параллельно соединен со входами двух синхронных преобразователей частоты, каждый из выходов которого, соответственно, соединен со входом соответствующего фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого является действительной или, соответственно, мнимой частью выходного сигнала приемника, а выход гетеродина соединен со входом опорного напряжения второго синхронного преобразователя и входом фазовращателя, выход которого соединен со входом опорного напряжения второго синхронного преобразователя.
Однако известное устройство имеет низкий динамический диапазон аналого-цифрового преобразования, поскольку используется квадратурное аналого-цифровое преобразование, с получением квадратур аналоговым способом. При таком способе получения квадратур на практике невозможно добиться высокой идентичности характеристик аналоговых квадратур, что снижает динамический диапазон устройства.
Наиболее близким аналогом по сущности к изобретению является радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием [патент РФ 2225623 от 17.09.2002], взятый за прототип, который содержащит N каналов, каждый из которых включает усилитель промежуточной частоты (УПЧ), два синхронных преобразователя, два фильтра нижних частот (ФНЧ), два аналого-цифровых преобразователя (АЦП), блок цифрового гетеродинирования, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и фазовращатель, кроме того, в устройство входят формирователь опорного сигнала, два цифровых сумматора, кварцевый генератор, магистраль параллельной информации.
Прототип обладает рядом существенных недостатков:
-6
1. Прототип не обеспечивает когерентное аналого-цифровое преобразование входных сигналов, поскольку блоки АЦП тактируются встроенными генераторами, не имеющими между собой никаких связей. Таким образом, за счет отсутствия синхронизации моментов взятия отсчетов принимаемых сигналов в разных каналах обработки, прототип имеет большую погрешность моментов взятия отсчетов по частоте и фазе. Оценим эту погрешность в предположении, что в каждом блоке АЦП имеется встроенный кварцевый генератор сигнала частоты дискретизации. Известно, что кварцевые генераторы имеют нестабильность частоты не менее 15·10 [Кварцевые генераторы, фильтры, резонаторы, кристаллические элементы, ОАО «Морион». 2009. - стр.81-83].
6
-6
Как следует из описания прототипа, ФНЧ имеют полосу 3,2 МГц. То есть, в соответствии с теорией Котельникова, отсчеты сигнала должны браться с частотой как минимум, в два раза большей, то есть 6,4 МГц. Случайные изменения частоты кварцевых генераторов в разных каналах прототипа при этом будут равны 6,4·10·10·10=64 Гц. Таким образом, различие значений частот дискретизации входного сигнала в разных каналах обработки является случайной величиной и может достигать 64 Гц. Погрешность по фазе может достигать 360°. Это значительно увеличивает погрешность формирования ДН в виде увеличения боковых лепестков ДН и смещения максимума основного лепестка ДН относительно расчетного.
2. Прототип имеет низкий динамический диапазон аналого-цифрового преобразования, поскольку используется квадратурное аналого-цифровое преобразование, с получением квадратур аналоговым способом, при этом частота входного сигнала с помощью опорного сигнала и двух синхронных преобразователей преобразуется на нулевую промежуточную частоту (ПЧ), с помощью фазовращателя на 90° одновременно формируются аналоговые квадратурные составляющие входного сигнала, которые фильтруются ФНЧ и преобразуются в цифровые отсчеты с помощью АЦП. Данная схема характеризуется низким динамическим диапазоном аналого-цифрового преобразования за счет невозможности достижения идентичных характеристик синхронных преобразователей и ФНЧ в широкой полосе частот и при изменениях окружающей температуры. В соответствии с [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б. Высоцкий, В.И.Алексеев и др. М.: Радио и связь. 1987. - стр.24] для достижения динамического диапазона по паразитным дискретным составляющим не менее 40 дБ необходимо иметь отклонения характеристик ФНЧ и преобразователей от идеальных не менее 1%, что трудно осуществить на практике в рабочем диапазоне частот.
3. Прототип имеет ограниченную точность установки фазовых соотношений в каналах, поскольку обеспечивает формирование ДН только аналоговыми фазовращателями. На приемник поступают аналоговые сигналы, а в приемнике осуществляется только суммирование принятых сигналов. То есть для формирования ДН служат аналоговые фазовращатели, установленные в тракте РЛС перед приемником. Аналоговые фазовращатели обеспечивают шаг перестройки не менее 5,625° [Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2003. - стр.503-531] и являются громоздкими устройствами, параметры которых зависят от окружающей температуры. Однако в современных РЛС требуется формирование ДН с более мелким шагом, который может обеспечить только цифровые методы формирования ДН.
4. В прототипе отсутствует возможность контроля работоспособности устройства и его отладки без использования внешних источников сигналов. Однако в процессе настройки устройства и его эксплуатации необходима возможность проверки его работоспособности и правильности работы всех каналов. В прототипе имеется кварцевый генератор, сигнал с которого подается на все каналы устройства. Его можно использовать в качестве источника контрольного сигнала для грубой оценки работоспособности устройства. Однако для проверки работоспособности алгоритма работы в составе АФАР необходимо подавать на разные приемные каналы сигналы со сдвигом по фазе относительно друг друга так, как они приходят на антенную решетку. При этом сдвиг по фазе определяется направлением на источник сигнала.
5. Прототип обеспечивает передачу сформированных данных только на ограниченное расстояние, поскольку для вывода данных используется параллельный интерфейс. Это затрудняет построение ДН для многоэлементных ФАР в диапазонах ультракоротких волн (УКВ) и коротких волн (KB) с большими геометрическими размерами, поскольку параллельные интерфейсы не предназначены для передачи данных на расстояния, превышающие несколько десятков сантиметров, однако для построения устройств диаграммообразования многоэлементных ФАР необходимо обеспечить возможность передачи данных между блоками на более дальние расстояния, не менее десятка метров с высокой помехоустройчивостью.
Целью создания предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения динамического диапазона, обеспечения возможности контроля работоспособности устройства без использования внешних источников сигналов и увеличение дальности передачи сформированных данных.
Для достижения указанной цели предлагается устройство формирования ДН АФАР, содержащее цифровой сумматор, магистраль параллельной информации и N приемных каналов, каждый из которых включает в себя ПЗУ и последовательно соединенные УПЧ, АЦП и блок цифрового гетеродинирования, при этом магистраль параллельной информации подключена к управляющему входу ПЗУ.
Согласно изобретению, в устройство введены цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу цифрового сумматора, блок сопряжения, вход которого подключен к выходу цифрового фильтра, оптический передатчик, вход которого подключен к выходу блока сопряжения, а выход является выходом устройства, оптический приемник, вход которого является управляющим входом устройства, блок управления, вход которого соединен с выходом оптического приемника, вход синхронизации является входом синхронизации устройства, а выход подключен к магистрали параллельной информации, делитель мощности, вход которого является входом частоты дискретизации, а N выходов подключены ко входам тактирования АЦП во всех N каналах, в каждый приемный канал устройства вводятся коммутатор, вход которого соединен с выходом АЦП, а выход соединен со входом блока цифрового гетеродинирования, ОЗУ, вход которого соединен с выходом АЦП, выход соединен со вторым входом коммутатора, а управляющий вход подключен к магистрали параллельной информации, перемножитель, первый вход которого соединен с выходом блока цифрового гетеродинирования, второй вход которого подключен к выходу ПЗУ, а выход является выходом приемного канала и соединен со входом цифрового сумматора, управляющие входы УПЧ и коммутатора подключены к магистрали параллельной информации.
Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что:
- в прототипе тактирование моментов взятия отсчетов в АЦП разных каналов осуществляется несинхронно под управлением встроенных в блоки АЦП тактовых генераторов, не имеющих между собой никаких связей. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве формирование отсчетов принимаемого сигнала в разных каналах производится синхронно в одни и те же моменты времени под управлением сигнала дискретизации с частотой Fд, поступающей на устройство снаружи, для этого в устройство введен делитель мощности сигнала Fд и линии связи от делителя мощности к каждому АЦП;
- в прототипе в каждом канале производится формирование квадратурных отсчетов входного сигнала аналоговым способом с помощью фазовращателя, двух синхронных преобразователей, двух ФНЧ и двух АЦП. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве в каждом канале используется один АЦП, а формирование квадратурных отсчетов входного сигнала выполняется в цифровом виде в блоке цифрового гетеродина, для этого в блок цифрового гетеродина введены два перемножителя;
- в предлагаемое устройство в каждый канал введены ОЗУ и коммутатор, обеспечивающие возможность записи отсчетов входного сигнала или контрольной последовательности чисел и подачи их на вход блока цифрового гетеродина;
- прототип не обеспечивает изменение фазовых соотношений сигналов в разных каналах и формирование ДН, для формирования ДН служат аналоговые фазовращатели, не входящие в состав устройства и установленные в приемном тракте перед прототипом. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве в каждый канал введен перемножитель, а ПЗУ используется для хранения таблицы значений весовых коэффициентов, что обеспечивает возможность изменения фазовых соотношений в каналах;
- в прототипе передача сформированных данных осуществляется по параллельному интерфейсу. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве передача сформированных данных осуществляется по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с последовательной передачей данных, что обеспечивается использованием оптического передатчика и блока сопряжения;
- в прототипе управление устройством осуществляется по параллельной магистрали. В отличие от этого, в предлагаемом устройстве управление узлами осуществляется командами управления, поступающими по ВОЛС с последовательной передачей данных, управление узлами осуществляется встроенным блоком управления, для этого в состав устройства введены оптический приемник, блок управления и линии управления от блока управления к узлам.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства формирования ДН АФАР из литературы не известно, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг.1 приведена схема устройства формирования ДН АФАР.
На фиг.2 приведена схема блока цифрового гетеродина.
На фиг.3 приведена схема приема сигнала антенной решеткой.
1
N
Устройство формирования ДН АФАР (фиг.1) состоит из N идентичных каналов A…A, каждый i-тый из которых, i=1…N, содержит последовательно соединенные УПЧ 1, вход которого является входом i-того канала, АЦП 2, коммутатор 3, на второй вход которого подключен выход ОЗУ 4, блок цифрового гетеродина 5, перемножитель 6, ко второму входу которого подключено ПЗУ 7, а выход которого является выходом канала.
Выходы всех N каналов подключены ко входам 1…N цифрового сумматора 8, выход которого подключен к цифровому фильтру (ЦФ) 9, выход которого подключен к блоку сопряжения 10, выход которого подключен к оптическому передатчику 11, выход которого является выходом устройства.
Управляющим входом устройства является вход оптического приемника 12, выход которого подключен к управляющему входу блока управления 13, управляющий выход которого подключен через магистраль параллельной информации ко входам управления УПЧ 1, ОЗУ 4, коммутатора 3, блока цифрового гетеродинирования 5 и ПЗУ 7 всех каналов, а вход синхронизации является входом синхронизации устройства.
Входом сигнала частоты дискретизации является вход делителя мощности 14, N выходов которого соединены со входами тактирования АЦП 2 в каждом из N каналов устройства.
Блок цифрового гетеродинирования 5 (фиг.2) включает в себя: первый перемножитель 15, первый вход которого является входом блока, ко второму входу подключен синфазный выход цифрового гетеродина 16, а выход соединен со входом второго ЦФ 17, выход которого является синфазной частью выхода блока, второй перемножитель 18, первый вход которого объединен с первым входом первого перемножителя 15, ко второму входу подключен квадратурный выход цифрового гетеродина 16, а выход соединен со входом третьего ЦФ 19, выход которого является квадратурной частью выхода блока.
АЦП 2 предназначен для преобразования принимаемого сигнала в цифровые отсчеты. Число разрядов АЦП должно быть не менее 12, что обеспечивает отношение сигнал-шум в идеальном случае 73,94 дБ [Аналого-цифровое преобразование / Под ред. У. Кестера. - М.: Техносфера. 2007 - с.103]. В реальных АЦП отношение сигнал-шум на выходе несколько меньше. Например, для АЦП типа ADS6128 производства Texas Instruments отношение сигнал шум составляет 70,1 дБ, при этом динамический диапазон по дискретным составляющим не менее 81 дБ [14/12-Bit, 250/210 MSPS ADCs With DDR LVDS and Parallel CMOS Outputs. Texas Instruments. 2009].
Цифровой сумматор 8 предназначен для квадратурного суммирования отсчетов сигнала, поступающих с выходов перемножителей 6 всех N каналов и может быть выполнен на ПЛИС в соответствии со структурной схемой, приведенной в [Цифровые радиоприемные системы. Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь. 1990. - рис.2.13, стр.51].
ОЗУ 4 предназначено для хранения отсчетов контрольного сигнала и может быть выполнено в соответствии со схемой, приведенной в [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б. Высоцкий, В.И. Алексеев и др. М.: Радио и связь. 1987. - стр.55-56].
ПЗУ 7 предназначено для хранения весовых коэффициентов W(ff), используемых для формирования ДН и может быть выполнено в соответствии со схемой, приведенной в [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б. Высоцкий, В.И. Алексеев и др. М.: Радио и связь. 1987. - стр.105].
Делитель мощности 14 обеспечивает разветвление сигнала дискретизации, Fд, поступающего на вход устройства, на N выходов. Он может быть выполнен, например, на делителях мощности производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007]. Поскольку фирма выпускает делители с разным числом каналов от 2 до 48, конкретные типы используемых элементов определяются количеством каналов N в АФАР. Если N превышает 48, то необходимо использовать последовательное разветвление входного сигнала для достижения требуемого числа каналов. Реализация многоканальных ДМ на 64 канала описана также в [Проектирование фазированных антенных решетки. Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2003, стр.550-551].
Цифровой гетеродин 16 предназначен для формирования квадратурного цифрового сигнала, с помощью которого производится преобразование отсчетов принимаемого сигнала в квадратурный форму и преобразование его частоты на нулевую ПЧ может быть выполнен на основе счетчика, сумматора и ПЗУ, в котором записаны значения квадратурных составляющих сигнала гетеродина в соответствии со схемой, приведенной в [Л.А. Белов Синтезаторы частот и сигналов - М.: Сайнс-пресс, 2002. - рис.31].
Перемножители 6, 15 и 18 могут быть выполнены на ПЛИС в соответствии со структурной схемой, приведенной в [Цифровые радиоприемные системы. Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь. 1990 - рис.2.19, стр.57].
Второй 17 и третий 19 цифровые фильтры предназначены для фильтрации и прореживания (децимации) принятого сигнала и выполнены на основе каскадных интеграторов - гребенчатых фильтров [Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. М.: Бином. 2006. - стр 397-409]. В зарубежной литературе эти фильтры обычно называются CIC фильтрами.
Цифровой гетеродин 16, первый 15 и второй 18 перемножители и второй 17 и третий 19 цифровые фильтры, в зависимости от используемой в устройстве частоты дискретизации уд, могут быть выполнены с использованием микросхемы типа AD6620 производства фирмы Analog Devices [AD6620. 67 MSPS Digital Receive Signal Processor. Analog Devices. 2001] или на ПЛИС.
ЦФ 9 предназначен для корректировки сквозной АЧХ, сформированной вторым 17 и третьим 19 цифровыми фильтрами и может быть выполнен, например, на микросхемах типа HSP43220, HSP43168 производства Harris Semiconductor [Digital Signal Processing Databook. Harris Semiconductor. 1994, стр.3-35, 3-60] или на ПЛИС.
Блок сопряжения 10 предназначен для преобразования параллельных кодов отсчетов, поступающих от ЦФ 9 в последовательный код и дальнейшей их передачи через оптический передатчик. Блок сопряжения 10 может быть выполнен на ПЛИС, например, на основе сдвигового регистра или двухпортового буфера FIFO в соответствии с [Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург. 2004 - рис.4.7], запись в который выполняется параллельным кодом, а считывание производится последовательным кодом.
Оптический приемник 12 и оптический передатчик 11 могут быть выполнены, например, на оптическом трансивере типа AFCT-5944 производства фирмы Avago Technologies [сайт фирмы Avagotech.com].
Блок управления 13 предназначен для приема управляющих команд, поступающих по ВОЛС через оптический приемник 12 и установки параметров УПЧ 1, ОЗУ 4, блока цифрового гетеродинирования 5, коммутатора 3 и ПЗУ 7 и может быть выполнен на основе микропроцессора, структура аналогична приведенной в [Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / Ф.Б.Высоцкий, В.И.Алексеев и др.М.: Радио и связь. 1987 - стр.126], на основе микропроцессорной структуры, описанной в [Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург. 2004 - рис.5.1] или на ПЛИС.
Устройство формирования ДН АФАР работает следующим образом.
Рассмотрим случай, когда АФАР, в которой используется предлагаемое устройство, выполнена на основе линейной антенной решетки, в которой антенные элементы (АЭ) расположены в одну линию на расстоянии d=λ/2 друг от друга (фиг.3), где λ=c/Fвx - длина волны принимаемого сигнала,
Fвx - частота входного сигнала,
с - скорость света.
Если направление на источник сигнала находится под углом в относительно перпендикуляра к плоскости АФАР, то сигнал на разные АЭ антенной решетки (в состав предлагаемого устройства не входят) будет приходить с разной фазой. Относительная фаза принимаемого сигнала от этого источника на i-том входе предлагаемого устройства, i=1…N, имеет вид:
<mrow><msub><mi>φ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mi>k</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>sin</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>θ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где k=360°/λ - фазовая постоянная пространства;
θ - направление на источник сигнала.
Для того, чтобы сформировать максимум диаграммы направленности (ДН) линейной решетки в направлении источника сигнала, необходимо суммировать сигналы с выходов антенных элементов после выравнивания моментов их поступления путем сдвига по фазе на величину (1).
При поступлении сигнала на входы устройства принятый сигнал в каждом канале усиливается и фильтруется по частоте в УПЧ 1. Полосовой фильтр в УПЧ 1 должен обеспечивать отсутствие «наложений» сигнала при аналого-цифровом преобразовании, то есть полоса пропускания ΔF должна быть не менее, чем в два раза меньше частоты дискретизации ΔF<Fд/2. [Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь. 1987 - с.42]
i
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>k</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi></mi></mrow>
После усиления и фильтрации сигнал преобразуется в последовательность отсчетов S(k) (здесь k - номер отсчета в последовательности) в АЦП 2, далее отсчеты проходят через коммутатор 3 на блок цифрового гетеродинирования 5, где действительные отсчеты преобразуются в последовательность комплексных (квадратурных) отсчетов
и сдвигаются по частоте на нулевую ПЧ путем перемножения в первом 15 и втором 18 перемножителях с квадратурными гармоническими сигналами цифрового гетеродина 16. Во втором 17 и третьем 19 ЦФ нижних частот производится фильтрация преобразованного сигнала, полоса пропускания этих фильтров равна половине ширины спектра принимаемого сигнала.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˙</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>θ</mi><mtext></mtext><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Для формирования максимума ДН в направлении θ полученные отсчеты умножаются в перемножителе 6 на комплексный весовой коэффициент
, хранящийся в ПЗУ 7, определяющий фазовый сдвиг сигнала, поступающего на i-й вход устройства. Выбор коэффициента определяется адресом, поступающим от блока управления на ПЗУ 7. Отсчеты с выходов всех N каналов суммируются в цифровом сумматоре 8. Последовательность отсчетов сформированного луча с угловыми координатами θ имеет вид:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>D</mi><mo>˙</mo></mover><mi>k</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>θ</mi><mtext></mtext><mo>,</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>k</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>*</mo><msub><mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˙</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>θ</mi><mtext></mtext><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mstyle><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
После суммирования производится фильтрация сигнала в ЦФ 9, обеспечивающим получение требуемой формы АЧХ приемных каналов устройства. Далее производится преобразование параллельного кода отсчетов в последовательный код в блоке сопряжения 10. Полученный поток отсчетов поступает на оптический передатчик 11 и передается по ВОЛС на устройство последующей обработки (на фиг.1 не показано).
В режиме контроля для работы устройства используются отсчеты, предварительно записанные в ОЗУ 4, при этом вход блока цифрового гетеродинирования 5 через коммутатор 3 подключается к ОЗУ 4. Отсчеты сигнала в ОЗУ 4 могут быть записаны заранее как отсчеты реального сигнала с выхода АЦП 2 или как расчетные значения, вычисленные с использованием специально разработанной программы. Считывая из памяти ОЗУ 4 отсчеты сигнала, можно имитировать любое расположение источника сигнала относительно антенной решетки и наличие помеховых сигналов. Этот режим используется для проверки работоспособности устройства и отладки его программного обеспечения.
Управляющие команды установки режимов и параметров узлов предлагаемого устройства поступают по ВОЛС на оптический приемник 12 и далее на управляющий вход блока управления 13.
Предлагаемое устройство имеет три режима работы:
- работа с принимаемым сигналом, когда производится формирование ДН с использованием сигналов, поступающих от антенных элементов антенной решетки;
- запись отсчетов сигнала в ОЗУ 4, причем запись отсчетов реальных сигналов может быть выполнена одновременно с первым режимом;
- контрольный режим, когда производится формирование ДН с использованием отсчетов сигналов, записанных ранее в ОЗУ 4.
В предлагаемом устройстве устанавливаются следующие параметры: направление максимума ДН в, полоса принимаемого сигнала ΔF, частота настройки F сигнала θ пределах полосы пропускания УПЧ 1, коэффициент передачи К УПЧ 1. После поступления команды производится установка параметров узлов устройства путем передачи кодов от блока управления 13.
В УПЧ 1 устанавливается коэффициент передачи, в блоке цифрового гетеродинирования 5 - частота цифрового гетеродина 16, равная центральной частоте спектра принимаемого сигнала F и полоса пропускания, равная ΔF/2 в ЦФ 9, втором 17 и третьем 19 цифровых фильтрах, а в каждом i-том ПЗУ 7 (i=1…N) устанавливается адрес ячеек, в которых записаны квадратурные значения i-того весового коэффициента для угла θ.
В случае применения в АФАР нескольких образцов предлагаемого устройства, для синхронизации их работы служит сигнал Синхр, поступающий на вход синхронизации блока управления 13.
Сигнал Синхр представляет собой видеоимпульс, формируемый внешними устройствами управления (на фиг.1 не показаны), обозначающий момент начала периода работы устройства для обеспечения синхронной работы нескольких одинаковых устройств.
При использовании предлагаемого устройства для формирования ДН в непрерывном режиме сигнал Синхр служит для:
- синхронизации одновременного переключения параметров во всех устройствах, входящих в состав антенной решетки,
- в режиме записи отсчетов сигнала в ОЗУ 4 для запуска процесса записи отсчетов в ОЗУ 4,
- в контрольном режиме для запуска процесса считывания из ОЗУ 4.
При использовании предлагаемого устройства для формирования ДН в импульсных РЛС в перечень параметров необходимо включить длительность строба приема ΔT, а сигнал Синхр будет использован для синхронизации начала строба приема во всех устройствах, входящих в антенную решетку.
Для подтверждения возможности реализации технического решения был изготовлен макет устройства формирования ДН в виде печатной платы с N=S, испытания которого подтвердили его высокие технические характеристики.
По сравнению с прототипом, предлагаемое устройство имеет более высокие параметры, чем прототип:
- отношение сигнал-шум на выходе цифровой части каждого канала не менее 70 дБ, динамический диапазон по дискретным составляющим не менее 81 дБ за счет применения цифрового способа получения квадратурных составляющих сигнала вместо аналогового способа в прототипе,
- обеспечивается возможность контроля работоспособности устройства без использования внешних источников сигналов за счет применения ОЗУ, в котором возможно хранить отсчеты сигнала;
- увеличена дальность передачи сформированных данных до нескольких километров за счет применения ВОЛС, в то время как в прототипе параллельная шина обеспечивает передачу данных на расстояния, не превышающие несколько десятков сантиметров.