УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ РАДИОЛОКАЦИОННОГО СИГНАЛА
METHOD OF DETERMINING RADAR SIGNAL PHASE

Заявляемое изобретение относится к области радиолокации, а конкретно - к устройствам вычисления фазы радиолокационного сигнала применительно к приемным фазированным антенным решеткам (ФАР).
Известны приемные фазированные антенные решетки, в которых значения фазы принимаемого сигнала каждым элементом решетки вычисляют путем сравнения принимаемого сигнала с сигналом гетеродина [Лавров А.А. Авиационные обзорные радиолокаторы. Методы и алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов. - М.: Радиотехника, 2015; патент RU 2337377 от 13.06.2007; патент RU 144503 от 18.03.2014; патент US 6326910 B1. Photonic analog-digital conversion using light absorbers. - 2001].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является устройство, основанное на применении радиофотонного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) выходного сигнала приемной ФАР [Вольхин Ю.Н., Тихонов Е.В. Обзор возможных способов реализации радиофотонного АЦП диапазона СВЧ. - Омск: ОАО «ЦКБА». - Сайт: www.radiofotonika.ru]. Прототип включает в себя функционально связанные источник оптического излучения, излучающий в импульсном режиме, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно. На модулирующий вход электрооптического модулятора подается аналоговый сигнал с выхода фазированной антенной решетки, представляющий собой смесь входного сигнала антенной решетки и сигнала гетеродина.
Недостатками прототипа являются сложность вычислительного алгоритма определения фазы выходного сигнала на каждом приемном элементе ФАР и недостаточная точность измерения фазы выходного сигнала.
Задача изобретения - упрощение вычислительного алгоритма и повышение точности определения фазы выходного сигнала приемной ФАР.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство определения фазы радиолокационного сигнала, включающее в себя функционально связанные источник оптического излучения, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно, введены оптический разветвитель и электрооптический модулятор, оптический разветвитель установлен между источником оптического излучения и электрооптическими модуляторами, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического излучения, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами вычислителя. Источник оптического излучения представляет собой лазер непрерывного излучения. На входы вычислителя поступают сигнал, содержащий информацию о фазе выходного сигнала ФАР, и сигнал, не содержащий информацию о фазе, в результате сравнения и совместной обработки которых формируется сигнал, соответствующий значению фазы выходного сигнала приемного элемента ФАР. При этом фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь выполнены двухканальными, осуществляющими параллельное преобразование сигналов с двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, а электрооптические модуляторы выполнены по схеме интерферометра Маха-Цендера.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:
- фиг. 1 - функциональная схема устройства определения фазы;
- фиг. 2 - схема формирования сигнала, содержащего информацию о фазе, и сигнала, не содержащего информацию о фазе.
1
2
3
4
Заявляемое устройство включает в себя следующие функциональные элементы и сигналы, представленные на фиг. 1, 2: 1 - источник оптического излучения; 2 - оптический разветвитель; 3, 4 - электрооптические модуляторы 3, 3, 3, 3; 4 - входной аналоговый электрический сигнал; 5, 6 - входные аналоговые электрические сигналы; 7, 8 - выходные сигналы электрооптических модуляторов 3, 4; 9 - фотонно-электронный блок; 10, 11 - выходные сигналы фотонно-электронного блока; 12 - аналого-цифровой преобразователь; 13, 14 - выходные сигналы АЦП 12; 15 - вычислитель; 16 - вычисленное значение фазы выходного сигнала ФАР; 17, 18 - соседние приемные элементы ФАР, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического сигнала, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов ФАР, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами АЦП, выходы АЦП соединены с входами вычислителя фазы выходного сигнала приемной ФАР.
1
2
1
2
Заявляемое устройство работает следующим образом. Оптические сигналы с выхода источника оптического излучения поступают на оптические входы электрооптических модуляторов (ЭОМ) 3, 4 через оптический разветвитель 2. На модулирующие входы 5, 6 ЭОМ 3,4 поступают аналоговые электрические сигналы с выходов соседних приемных элементов 17, 18 ФАР. Промоделированные оптические сигналы 7, 8 преобразуются в фотонно-электронном блоке 9 фотоприемниками 9 и 9 в электрические сигналы и далее, в двухканальном АЦП 12, в каналах 12 и 12, - в цифровую форму, и поступают на входы 13, 14 вычислителя 15, в котором в результате сравнения и совместной обработки сигнала 5, содержащего информацию о фазе, и сигнала 6, не содержащего информацию о фазе, вычисляется значение фазы 16 выходного сигнала приемного элемента ФАР (или разности фаз соседних приемных элементов 17, 18 ФАР).
1
1
2
2
1
2
1
2
1
1
2
2
1
2
Алгоритм вычисления фазы ϕ (или разности фаз сигналов Х=Asin (ωt+ϕ) и Х=А sinωt, например, при ϕ=ϕ, ϕ=0) выходных сигналов 5, 6 соседних приемных элементов 17, 18 ФАР при известной разности Х-Х=ΔХ сигналов 5 - Х=Asin(ωt+ϕ) и 6 - Х=Asin ωt и при приблизительном равенстве их амплитуд А≈А сводится к вычислению значения фазы ϕ по формуле:
1
2
При неравенстве амплитуд сигналов 5, 6 - А ≠ А значение фазы ϕ вычисляется по формуле:
1
2
1
2
1
2
В формулах (1), (2) ΔХ=Х-Х; ϕ=ϕ, ϕ=0 - фазы выходных сигналов Х, Х.
1
2
При известной сумме сигналов 5, 6 - Х+Х:
1
2
1
2
Asin(ωt-ϕ)+Asinωt=Х+Х,
Значение фазы вычисляется по формуле:
При малых значениях разности фаз интенсивность оптического сигнала 7 на входе фотонно-электронного блока 9 пропорциональна разности фаз и обратно пропорциональна отношению амплитуд выходных сигналов соседних приемных элементов ФАР.
Технический результат заключается в упрощении вычислительного алгоритма и в повышении точности измерения фазы выходного сигнала приемной фазированной антенной решетки.