УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВТОРИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ АНТЕНН
DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF ANTENNA SECONDARY PARAMETRES

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для исследования диаграмм направленности антенн летательного аппарата в динамике полета.
Одним из основных (вторичных) технических параметров антенн, характеризующих электродинамический режим их функционирования, является диаграмма направленности. Экспериментальная оценка диаграмм направленности антенн является сложной измерительной задачей, которая решается на основе методики выполнения измерений и устройства для ее реализации. В случае, когда положение объекта, на котором расположена измерительная антенна, постоянно меняется (например, полет самолета или вертолета), процесс снятия диаграммы направленности антенны представляет собой очень трудоемкий процесс. При этом решение данной задачи является актуальным, так как вращающиеся части механизма (например, вращение лопастей винтов) вносят существенные изменения в диаграмму направленности антенн. Проведение таких измерений без использования высокого уровня автоматизации становится практически невозможным.
Известно (аналог) устройство для регистрации диаграммы направленности антенны [СССР, А.С. №1121628, G01R 29/10, 1984], содержащее в канале приема и обработки принятого сигнала последовательно соединенные исследуемую антенну, измерительный приемник, пиковый детектор, блок вычитания, усилитель-ограничитель, электронный ключ, источник калибровочных импульсов и электронно-лучевую трубку.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности документирования измерительной информации, отсутствие возможности проведения статистической обработки результатов измерений, что снижает качество обработки измерительной информации, а также отсутствие возможности проведения измерений по движущимся объектам.
Из известных устройств, для автоматического контроля вторичных параметров антенн, наиболее близким по назначению и технической сущности является устройство автоматического контроля вторичных параметров антенн [СССР, А.С. №883802, G01R 29/10, 1981], содержащее в измерительном канале последовательно соединенные исследуемую антенну, фазоврашатель, волноводный тройник, измерительный приемник, блок оцифровки и устройство обработки и управления. При этом к первому выходу устройства обработки и управления подключен регистратор, а ко второму выходу - фазоврашатель, своим вторым входом. Устройство автоматического контроля вторичных параметров антенн также содержит последовательно соединенные датчик вал-код, следящий привод и поворотный стол, который механически соединен с исследуемой антенной и датчиком вал-код, а также содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор, блок переключения поляризации и вспомогательную (излучающую) антенну. При этом устройство обработки и управления своими третьим и четвертым выходами подключено к входам следящего привода и блока переключения поляризации, которые, в свою очередь, своими выходами подключены ко второму и третьему входам устройства обработки и управления соответственно. В этом устройстве принимаемый сигнал с выхода исследуемой антенны поступает через фазовращатель, через волноводный тройник, через измерительный приемник на блок оцифровки, с выхода которого цифровой код амплитудного значения принятого сигнала поступает в устройство обработки и управления. Данное устройство управляет угловым положением исследуемой антенны через следящий привод и поворотный стол. Информация об угловом положении исследуемой антенны поступает с выхода датчика вал-код в устройство обработки и управления через следящий привод. Обработанная информация о диаграмме направленности исследуемой антенны с выхода устройства обработки и управления поступает на регистратор.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности контроля вторичных параметров антенн летательного аппарата (диаграммы направленности антенны) в динамике полета.
Техническим результатом данного изобретения является обеспечение возможности контроля диаграммы направленности антенн летательного аппарата в динамике полета.
Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство содержащее, последовательно соединенные фазовращатель, волноводный тройник, измерительный приемник, блок оцифровки и устройство обработки и управления, содержащее последовательно соединенные датчик вал-код, следящий привод и поворотный стол, при этом датчик вал-код механически присоединен к оси вращения поворотного стола, а также содержащее синхронизатор, три выхода которого соединены со вторыми входами измерительного приемника, блока оцифровки и устройства обработки и управления, первый выход которого подключен ко второму входу фазовращателя, второй выход - ко второму входу следящего привода, а третий вход - ко второму выходу следящего привода, дополнительно введены приемная антенна, последовательно соединенные второй датчик вал-код, второй следящий привод и второй поворотный стол, механически соединенный с горизонтальной осью вращения приемной антенны, при этом к данной оси вращения механически присоединен второй датчик вал-код, а также дополнительно введены последовательно соединенные устройство наведения и сопровождения и блок-сопряжения, три выхода которого соединены с четвертым, пятым и шестым входами устройства обработки и управления соответственно, третий выход которого соединен со вторым входом второго следящего привода, а седьмой вход - со вторым выходом второго следящего привода, при этом выход приемной антенны соединен с первым входом фазовращателя, а вертикальные оси вращения поворотных столов механически присоединены к приемной антенне.
Обеспечение автоматического контроля вторичных параметров антенн летательного аппарата в динамике полета становится возможным за счет постоянного наведения максимума диаграммы направленности приемной антенны в направлении на летательный аппарат.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства автоматического контроля вторичных параметров антенн. На фиг.2 представлена структурная схема устройства обработки и управления.
Устройство автоматического контроля вторичных параметров антенн летательного аппарата в динамике полета содержит (фиг.1) измерительный приемник - 1, приемную антенну - 2, поворотные столы - 3.1, 3.2, следящие приводы - 4.1, 4.2, фазоврашатель - 5, волноводный тройник - 6, блок оцифровки - 7, устройство обработки и управления - 8, блок сопряжения - 9, датчики вал-код - 10.1, 10.2, синхронизатор - 11, устройство наведения и сопровождения - 12.
При этом приемная антенна - 2, фазоврашатель - 5, волноводный тройник - 6, измерительный приемник - 1, блок оцифровки - 7 и устройство обработки и управления - 8 соединены последовательно. Устройство обработки и управления - 8 своим первым выходом подключено ко второму входу фазоврашателя - 5, а третьим и четвертым выходами - ко вторым входам следящих приводов - 4.1 и 4.2 соответственно. Данные приводы своими первыми выходами подключены к входам поворотных столов 3.1 и 3.2. Данные столы механически соединены с горизонтальной и вертикальной осями вращения приемной антенны - 2. При этом поворотный стол - 3.1 обеспечивает азимутальное вращение приемной антенны - 2, а поворотный стол - 3.2 - угломестный наклон приемной антенны - 2. К осям вращения приемной антенны - 2 также механически подключены датчики вал-код 10.1 и 10.2. которые своими выходами подключены к первым входам соответствующих следящих приводов - 4.1 и 4.2. Данные приводы вторыми выходами соединены с третьим и седьмым входами устройства обработки и управления - 8 соответственно. Синхронизатор - 11 своими тремя выходами подключен ко вторым входам измерительного приемника - 1, блока оцифровки - 7 и устройства обработки и управления - 8. Кроме того, выход устройства наведения и сопровождения - 12 подключен к входу блока сопряжения - 9, три выхода которого подключены к четвертому, пятому и шестому входам устройства обработки и управления - 8.
Устройство обработки и управления - 8 может быть выполнено в виде устройства (фиг.2), имеющего в своем составе блок съема данных - 13, блок обработки данных - 14, двух сетевых карт - 15.1 и 15.2, канал общего пользования (КОП) - 16 и шесть адаптеров - 17.1-17.6
При этом адаптеры - 17.1-17.6 обеспечивают связь следующим образом:
17.1 - связь блока съема данных - 13 с КОП - 16;
17.2 - связь КОП - 16 с синхронизатором - 11;
17.3 - связь следящего привода - 4.1 с КОП - 16;
17.4 - связь устройства сопряжения - 9 с КОП - 16:
17.5 - связь следящего привода - 42 с КОП - 16;
17.6 - связь КОП - 16 с фазовращателем - 5.
Сетевые карты 15.1 и 15.2 обеспечивают взаимодействие между собой блока съема данных - 13 и блока обработки данных - 14.
Для реализации технического решения может быть использовано стандартное промышленное оборудование. Так, например, в качестве приемной антенны - 2 может быть использована антенна измерительная рупорная П6 - 23А [Научно-производственная компания «Ритм», г.Краснодар].
Фазовращатель 5 может быть выполнен в виде емкостного фазовращателя [A.M.Педак. Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В.Дружинина. М.: военное издательство Министерства Обороны, 1967 г., 270 стр.].
В качестве измерительного приемника - 1 может использоваться анализатор спектров СК4-75. Данный анализатор имеет видеовыход, что позволяет подключить его к блоку оцифровки - 7 [ФГУП ННИПИ «Кварц», г.Нижний Новгород].
Блок оцифровки - 7 может быть реализован в виде платы аналого-цифрового преобразования для IBM PC/AT - совместимых компьютеров ЛА-н10м8РСI [Центр АЦП ЗАО «Руднев-Шиляев», г.Москва].
В качестве блока съема данных - 13 может быть использовано счетно-решающее устройство в виде ЭВМ, выполняющее функции диспетчерского устройства. Данное устройство осуществляет взаимодействие с блоком обработки данных - 14 через сетевые карты 15.1 и 15.2 взаимодействие с каналом общего пользования - 16 через адаптер 17.1. Обмен информацией устройства обработки и управления - 8 с блоком оцифровки - 7 осуществляется путем непосредственного подключения блока оцифровки к КОП - 16, а подключение внешних устройств к КОП - 16 осуществляется через платы адаптеров 17.2-17.6 посредством реализации международного стандарта GPIB (IEEE - 488-1978) или канала общего пользования (КОП) согласно ГОСТ 26.003-80. Ввод исходных данных в устройство обработки и управления - 8 должен осуществляться в диалоговом режиме.
Программа управления блока съема данных - 13 может быть создана с использованием объектно-ориентированного подхода и должна обеспечивать решение следующих задач:
- осуществлять ретрансляцию измерительной информации с блока оцифровки - 7 в блок обработки данных - 14;
- осуществлять ретрансляцию информации о положении объекта исследований, получаемую с выхода устройства сопряжения - 9 в блок обработки данных - 14;
- производить управление положением приемной антенны 2 по командам, получаемым из блока обработки данных - 14 путем выдачи команд управления на следящие приводы - 4.1 и - 42;
- производить передачу в блок обработки данных - 14 информации о положении приемной антенны, получаемой с выходов следящих приводов - 4.1 и - 4.2;
- производить управляющее воздействие на фазоврашатель - 5 по командам, получаемым из блока обработки данных - 14.
В качестве блока обработки данных - 14 может использоваться счетно-решающее устройство, к которому подключена сетевая карта 15.2, необходимая для осуществления обмена информацией с блоком съема данных - 13.
Управляющая программа блока - 14 может быть создана с использованием объектно-ориентированного подхода и должна обеспечивать решение ряда следующих задач:
- сбор, обработку, регистрацию и отображение измерительной информации, получаемой от блока съема данных;
- прием, обработку, хранение информации о пространственном положении движущегося объекта исследования;
- формирование команд управления на наведение измерительной антенны по направлению на объект исследований с учетом движения данного объекта;
- формирование, при необходимости, управляющих команд, которые через блок съема данных - 13 поступают на фазоврашатель - 5;
- просмотр файлов, содержащих измерительную информацию.
В качестве датчиков вал-код - 10.1 и - 10.2 могут быть использованы датчики углового положения AVS58-H. Данные датчики обладают интерфейсом SSI, что делает возможным считывание с них угла поворота в цифровой форме.
В качестве следящих приводов - 4.1 и 4.2 можно использовать устройства, позволяющие формировать управляющие напряжения, выдаваемые на поворотные столы - 3.1 и 3.2 соответственно, величины которых зависят от разности кодов углов снимаемых с датчиков - 10.1 и 10.2 и значений кодов углов принимаемых из устройства обработки и управления - 8. Данные устройства могут быть реализованы при помощи сумматоров - вычитателей, выполненных на базе микросхемы К555ИМ7 [В.Л.Шило. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М.: Радио и связь, 1989 г., 352 с., 163 стр., рис. 1.119], а также с использованием микросхем ЦАП КР572ПА2 [С.В.Якубовский, Л.И.Ниссельсон. В.И.Кулешова и др. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. М.: Радио и связь, 1990 г., 496 с., 428 стр., рис.5.133].
Первый поворотный стол - 3.1 может представлять собой вращающуюся платформу, в центре которой установлена приемная антенна - 2. Второй поворотный стол - 3.2 может представлять собой устройство, механически прикрепленное к центральной оси первого поворотного стола - 3.1, позволяющее изменять угломестный наклон приемной антенны - 2.
В качестве устройства наведения и сопровождения летательного аппарата - 12 может использоваться как радиолокационная станция наведения и сопровождения летательного аппарата, так и система спутникового определения координат (GPS) совместно с радиопередатчиком, необходимым для выдачи на устройство сопряжения - 9 координат нахождения объекта, а также параметров полета (крен и тангаж).
Устройство сопряжения - 9 может представлять собой как устройство, позволяющее трансформировать в цифровую форму данные, получаемые со станции наведения и сопровождения (в случае применения радиолокационной станции наведения это азимут, дальность и угол места), так и радиоприемник (в случае применения GPS модуля совместно с радиопередатчиком это координаты широты, долготы и высоты). С выхода блока сопряжения - 9 снимаемая информация о координатах объекта измерений поступает в устройство обработки и управления - 8.
Устройство автоматического контроля вторичных параметров антенн (фиг.1) работает следующим образом.
Устройство наведения и сопровождения летательного аппарата - 12 выдает три координаты исследуемого объекта, которые через блок сопряжения - 9 поступают по трем входам в устройство обработки и управления - 8. В случае использования радиолокационной станции наведения данные координаты представляют собой азимут, дальность и угол места объекта измерений по отношению к станции наведения. Если же используется спутниковая система навигации, то в устройство обработки и управления - 8 передается широта, долгота и высота летательного аппарата, а также параметры полета (крен и тангаж).
Устройство обработки и управления - 8 на основании ранее полученных координатах объекта исследований воссоздает траекторию движения летательного аппарата и выдает управляющие команды по наведению приемной антенны в направлении на антенны летательного аппарата с учетом инерционности приводов приемной антенны - 2 (поворотного стола 3.1 и 3.2). Данные команды со второго и третьего выходов устройства обработки и управления 8 поступают на вторые входы следящих приводов 4.1 и 4.2 соответственно. Данные следящие приводы на основании принятых команд, а также на основании текущих углов поворотов приемной антенны - 2, получаемых с выходов датчиков вал-код 10.1 и 10.2, формируют управляющие команды, выдаваемые на поворотные столы - 3.1 и - 3.2, тем самым наводя приемную антенну -2 по направлению на объект измерений. Со вторых выходов следящих приводов - 4.1 и - 4.2 информация о текущем положении приемной антенны - 2 поступает в устройство обработки и управления - 8.
С выхода приемной антенны - 2 принятый сигнал поступает в измерительный приемник - 1 через фазоврашатель - 5 и волноводный тройник - 6. С выхода измерительного приемника - 1 видеосигнал поступает на блок оцифровки - 7, откуда цифровой код данного сигнала поступает на первый вход устройства обработки и управления - 8. При необходимости устройство обработки и управления - 8 формирует команду управления, выдаваемую на фазоврашатель - 5, что приводит к изменению фазы принимаемого сигнала после отработки фазовращателем - 5 поступившей команды. Синхронизацию работы устройства автоматического контроля вторичных параметров антенн осуществляет синхронизатор - 11 путем выдачи синхросигналов на вторые входы измерительного приемника - 1, блока оцифровки - 7 и устройства обработки и управления - 8. При этом приемная антенна - 2 механически присоединена к осям вращения поворотных столов 3.1 и 3.2. К данным осям также механически присоединены датчики вал-код 10.1 и 10.2 соответственно.
Основным узлом устройства для автоматического контроля вторичных параметров антенн является устройство обработки и управления - 8, которое работает следующим образом. Пришедшие на четвертый, пятый и шестой входы данного устройства координаты летательного аппарата через адаптер - 17.4 поступают в канал общего пользования - 16. В данный канал - 16 также поступает с первого входа блока обработки и управления - 8 информация об уровне принимаемого сигнала в цифровом виде. Кроме того, в КОП - 16 поступает информация о текущем угловом положении приемной антенны - 2. Данная информация представляет собой цифровые коды углов поворотов, поступающие с третьего и седьмого входов устройства обработки и управления - 8 через адаптеры 17.3 и 17.5 соответственно. Вся принятая в КОП - 16 информация через адаптер 17.1 поступает в блок съема данных - 13. Данный блок организует выдачу принятой информации в блоке обработки данных - 14 через сетевые карты 15.1 и 15.2. Блок обработки данных - 14 обрабатывает принятую информацию. Причем на основании уровня принимаемого сигнала, удаления летательного аппарата и угловых координат приемной антенны - 2 блок обработки данных - 14 формирует диаграмму направленности антенн летательного аппарата в зависимости от его координат положения. Кроме того, блок обработки данных - 14 на основании полученных текущих координат летательного аппарата, а также на основании полученных ранее координат летательного аппарата воспроизводит траекторию полета летательного аппарата и формирует команды управления положением приемной антенны - 2 с учетом инертности наведения приемной антенны - 2 на летательный аппарат. Данные команды управления поступают из блока обработки данных - 14 в блок съема данных - 13 через адаптеры 15.2 и 15.1. При необходимости в блок съема данных - 13 из блока обработки данных - 14 также передается команда на изменение фазы принимаемого сигнала. Блок съема данных - 13 через адаптер - 17.1 выдает принятые команды управления в канал общего пользования - 16. Из данного канала команды управления угловым положением приемной антенны - 2 поступают на второй и третий выходы устройства обработки и управления - 8 через сетевые карты - 17.3 и - 17.5 соответственно, а команда управления фазовращателем - на первый выход устройства - 8 через адаптер - 17.6. Синхронизация работы устройства обработки и управления 8 осуществляется по сигналам, поступающим в КОП - 16 со второго входа устройства - 8 через адаптер - 17.2. Устройство обработки данных - 14 на основании диаграммы направленности антенн летательного аппарата в зависимости от его координат положения, а также на основании траектории полета летательного аппарата формирует диаграмму направленности антенн летательного аппарата в динамике полета.
Применение данной установки для автоматического контроля вторичных параметров антенн позволит расширить функциональные возможности устройства в части измерения диаграмм направленности антенн летательных аппаратов в динамике полета.