УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ЦИФРОВОЙ ФАР

Предлагаемое устройство относится к области радиолокации и может быть использовано в связных, радиоастрономических, гидролокационных и ультразвуковых устройствах.
Известно устройство формирования диаграммы направленности (ДН) цифровой фазированной антенной решетки (ФАР), предложенное Бартоном [1], содержащее ФАР, включающую в себя строки и столбцы, каждые из которых содержат излучатель, приемник, преобразователь, и сумматоры строк, столбцов.
Такое устройство формирует остронаправленные ДН в виде основного и вспомогательных лучей, необходимых для определения угловых координат обнаруженного объекта и его местонахождения.
Для формирования ДН используется умножение сигналов каждого излучателя ФАР на комплексные коэффициенты с последующим сложением.
Устройство имеет недостатки:
- большое количество умножителей и большой объем памяти для хранения комплексных коэффициентов, что увеличивает объем аппаратуры;
- сложность технической реализации;
- высокая стоимость при изготовлении;
- низкая надежность.
Наиболее близким по технической сущности, выполняемой функции и конструктивному исполнению является устройство, предложенное в патенте №52266, выбранное за прототип.
Устройство содержит ФАР, включающую в себя строки, столбцы, каждые из которых содержат излучатель, приемник, преобразователь, и сумматоры строк, столбцов, а также умножители строк и столбцов по два на каждый сумматор строки и столбца, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), сумматоры смещения луча строк по вертикали вверх, вниз и сумматоры смещения луча столбцов по горизонтали влево, вправо, сумматор центрального луча и блок обработки сигналов.
Однако такое устройство имеет недостаток - низкая точность определения угловых координат объекта, что не дает возможность определить точное его местонахождение.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно содержит ФАР, включающую в себя строки, столбцы, каждые из которых содержит излучатель, приемник, преобразователь, и сумматоры строк, столбцов, а также умножители строк и столбцов по два на каждый сумматор строки и столбца, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), сумматоры смещения луча строк по вертикали вверх, вниз, сумматоры смещения луча столбцов по горизонтали влево, вправо, сумматор центрального луча и блок обработки сигналов.
Отличается тем, что в ФАР установлены блок выборки сигналов и диагональные сумматоры вверх и вниз, и оно дополнительно содержит умножители диагональных сумматоров вверх и вниз по два на каждый сумматор, ПЗУ, сумматоры смещения луча по диагонали вверх влево и вниз вправо, сумматоры смещения луча по диагонали вниз влево и вверх вправо, при этом строки и столбцы подключены через блок выборки сигналов к соответствующим входам сумматоров строк и столбцов. Входы диагональных сумматоров смещения луча вверх и вниз подключены к соответствующим выходам блока выборки сигналов, а их выходы - соответственно к общему входу двух умножителей диагональных сумматоров, вторые входы которых - к ПЗУ. Выходы умножителей диагональных сумматоров вверх подключены к входам сумматоров смещения луча по диагонали вверх влево и вниз вправо. Выходы умножителей диагональных сумматоров вниз - к входам сумматоров смещения луча по диагонали вниз влево и вверх вправо. Выход сумматора центрального луча, сумматоров смещения луча строк по вертикали, сумматоров смещения луча столбцов по горизонтали, сумматоров смещения луча по диагонали подключены к соответствующим входам блока обработки сигналов.
Установка в ФАР блока обработки сигналов и диагональных сумматоров вверх, вниз, и включение дополнительных умножителей диагональных сумматоров вверх, вниз, ПЗУ, сумматоров смещения луча по диагоналям вверх влево, вниз вправо, вверх вправо, вниз влево повышает точность определения угловых координат объекта, что обеспечивает определение точного его местонахождения.
Сущность предлагаемого устройства поясняется структурной схемой, приведенной на фиг.1.
Предложенное устройство содержит ФАР 1, умножители строк 2, умножители столбцов 3, ПЗУ 4, сумматоры смещения луча строк по вертикали вверх 5, вниз 6, сумматоры смещения луча столбцов по горизонтали влево 7, вправо 8, сумматор центрального луча 9, умножители диагональных сумматоров вверх 10, умножители диагональных сумматоров вниз 11, ПЗУ 12 диагональных сумматоров, сумматоры смещения луча по диагонали вверх влево 13, вниз вправо 14, сумматоры смещения луча по диагонали вниз влево 15, вверх вправо 16, блок обработки сигналов 17.
ФАР 1 содержит строки 18, столбцы 19, которые включают в себя последовательно соединенные излучатель 20, приемник 21, преобразователь 22, и сумматоры строк 23, сумматоры столбцов 24, блок выборки сигналов 25, диагональные сумматоры вверх 26, вниз 27. Выходы строк 18, столбцов 19 подключены через блок выборки сигналов 25 к соответствующим входам сумматоров строк 23 и столбцов 24. Входы диагональных сумматоров вверх 26 и вниз 27 подключены к соответствующим выходам блока выборки сигналов 25. Один выход сумматоров строки 23 - к входу сумматора центрального луча 9, выход которого подключен к блоку обработки сигналов 17. Второй выход сумматоров строки 23 подключен к общему входу умножителей строки 2, второй вход которых подключен к ПЗУ 4. Выходы умножителей строк 2 и столбцов 3 подключены соответственно к входам сумматоров смещения луча строк по вертикали 5, 6 и к входам сумматоров смещения луча столбцов по горизонтали 7, 8. Выходы диагональных сумматоров вверх 26 и вниз 27 подключены к общим входам соответствующих умножителей 10, 11, вторые входы которых подключены соответственно к ПЗУ 12, а выходы умножителей 10, 11 - к соответствующим входам сумматоров смещения луча по диагонали 13, 14 и 15, 16. Выходы сумматоров смещения луча по диагонали вверх влево 13 и вниз вправо 14 и сумматоров смещения луча по диагонали вниз влево 15, вверх вправо 16 подключены к соответствующим входам блока обработки сигналов 17.
Работа предложенного устройства формирования диаграммы направленности цифровой ФАР происходит следующим образом.
На блок выборки сигналов 25 поступают сигналы в цифровом виде от всех излучателей 20 после прохождения их через приемник 21 и преобразователь 22. Блок выборки сигналов 25 осуществляет группировку сигналов по строкам сумматоров смещения луча строк по вертикали 5, 6, в результате получаем смещенные лучи по вертикали соответственно вверх и вниз. Таким же способом формируются смещенные перпендикулярно столбцу лучи влево, вправо с помощью сумматоров столбцов 24, умножителей 3 и сумматоров столбцов по горизонтали 7, 8.
Формирование лучей, смещенных под острым углом к строке (столбцу), осуществляется аналогичным образом с тем отличием, что смещение лучей производится перпендикулярно диагоналям прямоугольника, образованного соседними излучателями строк и столбцов. Для этого сначала суммируются сигналы излучателей, расположенных по диагональным линиям слева вверх, направо. Эту задачу решают диагональные сумматоры вверх 26. Последующее умножение сигналов осуществляют умножители 10, а их суммирование -сумматоры смещения луча по диагонали 13, 14, что дает лучи влево вверх и вправо вниз. Относительно других диагональных линий, идущих сверху направо вниз смещенные лучи влево вниз и вправо вверх формируются перпендикулярно этим линиям с помощью диагональных сумматоров 5, 6, 7, 8, 13, 14, 15 и 16, а также сумматора центрального луча 9, поступают на блок обработки сигналов 17 и соответствуют приемным диаграммам направленности, показанным на фиг.2.
Предлагаемое устройство прошло экспериментальную проверку и принято к использованию.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Р. Barton Digital Beam Forming for Radar JEE Droc vol. 127, pt, F№04
2. Патент №52266