УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ РАЗВЕДЕНИЯ ПЕЛЕНГАЦИОННЫХ ЛУЧЕЙ
DIRECTION-FINDING BEAMS SPREADING CIRCUIT PARAMETERS CONTROL DEVICE

Настоящее изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано в процессе точного и достоверного контроля основных ТТХ ФАР с многометровыми раскрывами в полунатурных условиях.
Известные методы измерений и оптимизации пеленгационных характеристик (ПХ) описаны в монографиях А.Ф. Страхова "Автоматизированные антенные измерения", § 1, 2, стр. 7÷16, Москва; "Радио и связь", 1985 год и "Методы измерений характеристик антенн СВЧ" под редакцией Н.М. Цейтлина, § 2.3.2, стр. 60÷65, Москва, Радио и связь, 1985 г.
Суть методов и технических средств съема и оптимизации ПХ антенн, ФАР состоит в том, что используя методы измерений в ДЗ и БЗ путем углового сканирования АУ, либо съема АФР в раскрыве ФАР, измеряют центральные сечения ДН лучей в основных плоскостях поляризации, а затем методами геометрического преобразования определяют суммарно-разностные ПХ, сравнивают их с эталонными значениями и в случае отличий от заданных производят подрегулировку АФР в раскрыве. И так вплоть до получения требуемых параметров.
Устройство, обеспечивающее измерение ПХ антенных устройств, описанное также в вышеуказанной монографии А.Ф. Страхова на стр. 24, Рис. 2.1, включает в себя опорно-поворотное устройство, связанное с координатным приводом, осуществляющим угловое сканирование антенны, относительно неподвижно размещенной в дальней зоне излучения передающей антенны, подключенной к генератору СВЧ сигнала. Датчик угловых координат и привод опорно-поворотного устройства, а также измерительный приемник, подключенный к выходу измеряемой антенны, с помощью интерфейса сопряжены с аппаратурой обработки данных (ЭВМ), обеспечивающей последовательное накопление массива отсчетов сечений ДН ПХ по каждому лучу с последующей обработкой и совмещением результатов измерений в цифровой форме (вычисление суммарно-разностных и ПХ АУ), с целью последующего вывода оперативному персоналу результатов обработки в алфавитно-цифровой либо графической форме. Именно это устройство может быть выбрано в качестве прототипа.
Для более детального уяснения недостатков традиционных методов и известных устройств измерения ПХ АУ, в том числе и ФАР, рассмотрим более подробно особенности синтеза и оптимизации параметров активных ФАР с многометровыми раскрывали, осуществляющих преобразование сигналов в раскрыве с СВЧ на ПЧ. Известно, что многолучевые активные приемно-передающие ФАР с многометровыми раскрывами могут выполняться по следующей схеме: разбиение всего множества элементов на прямоугольную матрицу N×M подрешеток, выходы которых объединяются с помощью диаграммообразующих элементов (управляемых аттенюаторов, фазовращателей) на один суммарный выход по сигналу промежуточной частоты. Для формирования розетки лучей в азимутальной и угломестной плоскостях используется объединение (суммирование) выходных подрешеток, соединенных в строчно-столбцовую матрицу с помощью дополнительно управляемых фазовращателей, что практически эквивалентно введению дополнительного дифференциального фазового сдвига, обеспечивающего пространственное разнесение (разведение) электрических осей основного (центрального) и дополнительного (бокового) лучей, образующих пеленгационную характеристику ФАР в режиме "Прием". Используя вторую дополнительную матрицу фазовращателей, осуществляют разворот третьего луча на угол, равный смещению второго луча относительно центрального, с противоположным знаком. Т.о. получают 3-лучевые розетки в азимутальной (угломестной) плоскостях. Наращивание числа лучей в розетке достигается введением дополнительных вторичных матриц фазовращателей, образующих расщепленные лучи веера в соответствующих плоскостях. Основные принципы формирования многолучевых ДН известными способами описаны в "Справочнике по радиолокации" под редакцией М. Скольника, том 2, "Системы питания ФАР", § 4.7, стр. 186÷190, Москва, Сов. радио, 1977, обзоре В.И. Самойленко "Системы управления ФАР", Радиоэлектроника, Известия ВУЗов, Том XXII №2, 1979, стр. 1÷16, Киев, а также в сборнике "Микроэлектронные СВЧ-устройства" под редакцией Л.А. Кольцова, Москва, "Высшая школа", 1987, стр. 66÷68.
Традиционные методы контроль схемы разведения (формирования) боковых лучей по отношению к центральному базируются на последовательно-параллельном съеме центральных сечений веера лучей розетки соответственно в азимутальной и угломестной плоскостях с последующей взаимной обработкой, осуществляемой методами цифро-аналогового алгебраического суммирования с целью определения собственных результирующих параметров пеленгационной характеристики ФАР.
К числу недостатков известных методов и устройств измерений и вычисления ПХ многолучевых ФАР следует отнести отсутствие корреляционных связей между основными интегральными параметрами ПХ ФАР, измеренными методами механического сканирования относительно неподвижного источника сигнала, и исходным амплитудно-фазовым распределением, обусловившим данный измеренный тип ПХ. Учитывая специфику формирования боковых (дополнительных) лучей розетки активных ФАР, обычно в процессе их разведения углового смещения осей ДН относительно центрального луча ФАР стремятся сформировать и оптимизировать исходное АФР таким образом, чтобы обеспечить максимально достижимый коэффициент подобия каждого из центральных сечений лучей веера.
Следует, однако, учесть, что наличие пассивной схемы формирования (разведения) лучей такого подобия принципиально обеспечить не может в силу следующих причин: центральный луч, смещенный, например, на полуширину основного лепестка ДН центрального луча на уровне 3 дБ, уже является отклоненным и в силу этого параметры бокового луча будут отличаться от центрального.
А именно, будет сказываться эффект расширения луча ФАР пропорционально косинусу угла отклонения на фиксированном уровне.
Следствием чего являются сложности точной идентификации параметров основного (центрального) и дополнительного (бокового) лучей ФАР, осуществляемой методом прямого наложения центральных сечений ДН. Физически расширение ДН бокового луча ФАР, вносимое схемой разведения ПХ, будет приводить к изменению угла наклона (уменьшению) участка ДН, образующего ПХ, по отношению к углу наклона аналогичного участка ДН основного луча. Необходимо также отметить трудности однозначной привязки максимумов разведенных лучей ПХ, измеренных путем механического сканирования ФАР относительно неподвижно расположенного источника зондирующего сигнала. Изрезанность вершины ДН, зашумленной сигналами вторичного фона полигона, а также наличие многочисленных флуктуаций, коррелированных между собой: зондирующего сигнала, параметров гетеродинов, обеспечивающих перенос зафиксированного ФАР сигнала с СВЧ на ПЧ и производных комплексных коэффициентов передачи по амплитуде подрешеток ФАР и т.д., требует использования специализированных процедур цифровой фильтрации массива отсчетов параметров ДН, точно согласованных с реальными ТТХ ФАР.
Сам по себе процесс совмещения ДН центрального и бокового лучей, кроме точной привязки максимума, требует вычисления целого ряда коэффициентов подобия формы, в конечном итоге характеризующих меру оптимизации параметров пассивной матрицы схемы формирования параметров многолучевой ПХ активной ФАР.
Но даже решение всех вышеизложенных проблем, довольно трудоемкое и технически сложное в рамках известной технологии измерения ПХ, оставляет открытым ответ на основной вопрос - следствием каких отклонений АФР от штатных значений, сформированных путем модификации исходного АФР основного луча, является мера неоптимальности результирующей ДН бокового луча ПХ.
Только синхронный достоверный контроль угловых координат максимумов основного и дополнительного лучей ПХ совместно с оценками меры несовпадения их АФР позволяет не только достоверно зафиксировать взаимные параметры пересечения ПХ, но и соотнести их с конкретными АФР, обеспечившими формирование таких ДН.
Авторам представляется, что заявляемое устройство, реализующее предложенную технологию идентификации и совмещения параметров ДН основного и бокового лучей ПХ, в полной мере устраняет недостатки и решает все поставленные задачи.
Цель заявляемого устройства: существенное повышение оперативности, достоверности и точности контроля параметров схемы разведения пеленгационных лучей активной ФАР.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее активную приемно-передающую ФАР, образованную N×M подрешетками, преобразующими отраженный СВЧ зондирующий сигнал на промежуточную частоту, установленную на опорно-поворотном устройстве, механически сочлененном с устройством управления приводом, обеспечивающим координатное угловое сканирование ФАР, сориентированной максимумом ДН бокового дополнительного луча пеленгационной характеристики в направлении неподвижного источника зондирующего сигнала, образованного антенной, подключенной с помощью волноводного тракта к выходу зондирующего сигнала генераторно-гетеродинного оборудования, размещенной на передающей вышке в дальней зоне излучения испытуемой ФАР, входы которой по первому и второму гетеродину подключены к выходу генераторно-гетеродинного оборудования, связанного по когерентному выходу опорного промчастотного сигнала с одноименными входами первого и второго амплифазометра, при этом соответствующие сигнальные входы каждого из амплифазометров соединены с промчастотными выходами главного и дополнительного луча пеленгационной характеристики, сформированной с помощью пассивной матрицы фазовращателей и аттенюаторов, подключенных к выходам каждой из N×M подрешеток, главного луча ФАР, дополнительно введены две схемы поразрядного сравнения, алгебраический сумматор, накопитель кодов, вычислитель среднеарифметического значения фазовых набегов, подрешеток, регистр клапанов и коммутатор кодов, схема ИЛИ на два входа, схема "И", регистр кода несовпадения фаз, синхронизатор режимов измерений, генератор импульсов, индикатор угла разведения лучей и последовательно соединенные счетчик текущего кода подрешетки и дешифратор номера подрешетки, подключенный к управляющим кодовым магистралям матрицы N×M подрешеток ФАР, при этом кодовые выходы разности фаз и амплитуд сигналов первого и второго амплифазометров соответственно связаны с первыми и вторыми входами алгебраического сумматора и второй схемы поразрядного сравнения, по выходу соединенной с одноименным входом схемы "И", первый вход которой подключен к выходу первой схемы поразрядного сравнения, накопитель кодов, адресными входами подсоединенный к выходу счетчика текущего кода подрешетки, включен в рассечку между выходом алгебраического сумматора и входом вычислителя среднеарифметического значения фазовых набегов подрешеток, первый и второй входы первой схемы поразрядного сравнения соответственно соединены с выходами вычислителя среднеарифметического значения фазовых набегов подрешеток и регистра кода несовпадения фаз, первый выход синхронизатора режима измерений параллельно подключен к управляющим входам первой и второй схемы поразрядного сравнения, первому входу схемы "ИЛИ" на два входа, генератору импульсов и входу заполнения счетчика угла отклонения, выход которого параллельно связан с информационным входом регистра клапанов и коммутатора кодов, по выходу соединенного со входом встроенного вычислительного устройства управления лучом активной ФАР, второй вход схемы "ИЛИ" на два входа подключен к выходу генератора импульсов, параллельно соединенного со входом заполнения счетчика текущего кода подрешетки, при этом выход схемы "ИЛИ" на два входа подключен к управляющему входу первого амплифазометра, выход сигнала "Конец кодирования" которого подключен параллельно к управляющим входам второго амплифазометра и коммутатора кодов, а выход схемы "И" связан с управляющим входом регистра клапанов, подключенного ко входу индикатора угла разведения лучей.
Заявляемое устройство содержит ряд новых узлов, а именно: первую и вторую схему поразрядного сравнения, алгебраический сумматор, накопитель кодов и вычислитель среднеарифметического значения, регистр клапанов, счетчик угла отклонения и коммутатор кодов, синхронизатор режима измерений, генератор импульсов, счетчик текущего кода подрешетки, дешифратор номера подрешетки, схему "И" и регистр кода несовпадения фаз, схему "ИЛИ" на два входа. Причем их введение в состав устройства в данной совокупности признаков обеспечило достижение положительного эффекта, а именно: возможность достоверного и оперативного контроля параметров схемы разведения пеленгационных лучей активной ФАР в полигонных условиях.
Положительный эффект заявляемого устройства обусловлен возможностью параллельного и точного динамического совмещения ДН основного и бокового лучей ФАР совместно с дифференциальным контролем амплитудно-фазовых распределений, сформированных диаграммообразующими матрицами подрешеток.
Указанная совокупность признаков авторам ранее не была известна. Все признаки во взаимосвязи являются существенными для достижения положительного эффекта и соответствуют критерию "существенные отличия".
Заявляемое устройство изображено на фиг. 1 и содержит: активную приемно-передающую ФАР - 1, образованную N×M подрешетками - 2, преобразующими отраженный СВЧ-зондирующий сигнал на промежуточную частоту непосредственно в раскрыве, установленную на опорно-поворотном устройстве - 3, механически сочлененном с устройством управления приводом - 4.
Испытуемая ФАР - 1 сориентирована максимумом ДН бокового луча пеленгационной характеристики многолучевой матрицы в направлении источника зондирующего сигнала, образованного антенной - 5, подключенной с помощью волноводного тракта - 6 к выходу зондирующего сигнала генераторно-гетеродинного оборудования - 7. Антенна - 5 размещена на передающей вышке - 8, установленной в дальней зоне излучения ФАР - 1. Выходы сигналов первого и второго гетеродинов генераторно-гетеродинного оборудования - 7 подключены к соответствующим входам испытуемой ФАР - 1. Первый и второй амплифазометры - 9, 10 своими сигнальными входами подключены соответственно к ПЧ выходам ФАР - 1 дополнительного и главного лучей ПХ. Соединенные между собой входы опорных сигналов 1, 2 амплифазометров 9, 10 подключены к выходу когерентного сигнала генераторно-гетеродинного оборудования - 7. Первый и второй входы алгебраического сумматора - 11 соединены соответственно с выходами кода фазы 1 и 2-го амплифазометров 9, 10.
Входные кодовые магистрали активной ФАР - 1 встроенного вычислительного устройства управления лучом и адресные шины N×M подрешеток соответственно подключены к выходам коммутатора кодов - 12 и дешифратора номера подрешетки - 13. Накопитель кодов - 14 включен в рассечку между выходом алгебраического сумматора - 11 и входом вычислителя среднеарифметического отклонения - 15, выход которого соединен с первым входом схемы поразрядного сравнения - 16, связанной своим вторым входом с выходом регистра кода несовпадения фаз - 17. Кодовые выходы амплитуды сигналов первого и второго амплифазометров - 9, 10 подключены к одноименным входам второй схемы поразрядного сравнения - 26, выход которой соединен со вторым входом схемы совпадения - 18, по первому входу связанной с выходом первой схемы поразрядного сравнения - 16. Выход схемы совпадения "И" - 18 подключен к управляющему входу регистра клапанов - 19, выход которого подсоединен к входу индикатора угла разведения лучей - 20. Выход генератора импульсов - 21 параллельно подключен к входу счетчика текущего кода подрешетки - 22 и второму входу схемы "ИЛИ" на два входа - 23, выход которой подключен к управляющему входу первого амплифазометра - 9. Выход синхронизатора режима измерений - 25 параллельно подключен к первому входу схемы "ИЛИ" на два входа - 23, входу генератора импульсов - 21, счетчика угла отклонения - 24 и управляющим входам первой и второй схемы поразрядного сравнения - 16, 26. При этом выход счетчика угла отклонения - 24 параллельно подключен к информационным входам регистра клапанов - 19 коммутатора кодов - 12. Выход счетчика текущего кода подрешетки - 22 подключен к входу дешифратора номера подрешетки - 13.
Выход сигнала "Конец кодирования" первого амплифазометра - 9 параллельно подключен к управляющим входам второго амплифазометра - 10 и коммутатора кодов - 12. Адресные входы накопителя кодов - 14 связаны с выходом счетчика текущего кода подрешетки - 22.
Работает заявляемое устройство в соответствии с фиг. 1 следующим образом:
На подготовительном этапе штатно сфазированная ФАР - 1 в условиях безэховой камеры после транспортировки на открытый полигон монтируется и юстируется на опорно-поворотном устройстве - 3. По завершении подключения систем жизнеобеспечения крупноапертурной активной ФАР - 1 осуществляется проверка работоспособности функциональных каналов с помощью встроенных штатных систем контроля. К числу систем жизнеобеспечения ФАР - 1 относятся источники первичного и вторичного питания, источник сигналов первого и второго гетеродинов, обеспечивающий преобразование отраженных (измерительных) сигналов с СВЧ на ПЧ, а также системы воздушно-водяного охлаждения.
До начала измерения также монтируют в дальней зоне излучения ФАР - 1 антенну - 5, размещенную на передающей вышке, излучающую измерительный сигнал, формируемый генераторно-гетеродинным оборудованием ФАР - 1. Канализацию СВЧ мощности с малыми потерями в ДЗ излучения с приемного места к передающей антенне - 5 осуществляют с помощью волноводного тракта - 6, включенного в рассечку между выходом зондирующего сигнала генераторно-гетеродинного оборудования - 7 и входом антенны - 5.
В результате чего появляется возможность когерентного облучения раскрыва испытуемой ФАР - 1 и наряду с амплитудными измерениями обеспечивается возможность стабильного измерения фазовых распределений по подрешеткам, используя для этих целей выход когерентного опорного ПЧ сигнала генераторно-гетеродинного оборудования - 7.
Основной алгоритм функционирования заявляемого устройства включает в себя следующие технологические операции: формирование АФР в раскрыве ФАР, соответствующее нормально отклоненному главному лучу ФАР; ориентация с помощью ОПУ-3 бокового (дополнительного) луча ПХ многолучевой матрицы в направлении на источник зондирующего сигнала в ДЗ; при жестко зафиксированном положении ФАР и сориентированном на максимум боковом луче, используя метод дискретно-электрического отклонения основного луча, применяемый в процессе измерения динамических диаграмм направленности (электрическое качание луча с регистрацией угловой амплитудной зависимости коэффициента пропускания при неподвижной ФАР-1), с минимально допустимым шагом отклонения, например, 1′÷3′, в направлении к дополнительному лучу ПХ матрицы в соответствующей плоскости, добиваются полного и точного накрытия основным центральным лучом, бокового луча ПК, неизменно сориентированном максимумом ДН на источник зондирующего сигнала.
Для того чтобы точно идентифицировать момент накрытия центральным лучом бокового, предлагается параллельно фиксировать наряду с интегральным значением модуля комплексного коэффициента передачи суммарных сигналов по каждому из лучей ПХ и дифференциальное значение среднеарифметического значения фазового распределения по подрешеткам.
Учитывая, однако, что в процессе отклонения центрального луча синхронно с ним на эквивалентный угол происходит отклонение и связанного с ним бокового луча, идентификацию полного покрытия ДН ПХ целесообразно осуществлять в режиме последовательно-дискретного отклонения с возвратом к нулевому состоянию.
Т.е. параметры амплитудной ДН и АФР для основного отклоненного и бокового неотклоненного лучей необходимо измерять в поочередном режиме.
Сам момент совмещения и измерения параметра разведения лучей ПХ предлагается осуществлять путем логического перемножения взаимосвязанных событий: совпадения в заданном допуске среднеарифметических значений интегральных АФР по каждой из матриц N×M подрешеток совместно с максимумом ДН. Т.о. будет гарантированно обеспечена регистрация момента точного замещения положения бокового луча центральным.
Физическая реализация вышеописанного алгоритма контроля параметров ПХ активной ФАР с помощью заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
Проверив канал прохождения ЗС по волноводному тракту - 6 к передающей антенне - 5, точно фиксируют ее угловое пространственное положение в направлении на оптическую ось ФАР.
Т.е. добиваются такого положения, чтобы электрические и оптические оси ФАР - 1 и антенны - 5 были совмещены в пространстве, что эквивалентно точной ориентации главного луча, нормального к раскрыву, в направлении на источник зондирующего сигнала. Затем, используя устройство управления приводом - 4, механической прокачкой ФАР - 1 относительно исходного отъюстированного положения добиваются регистрации с помощью первого амплифазометра - 9 значения отклика ФАР, соответствующего глобальному максимуму ДН дополнительного луча. При этом эквивалентное значение кода амплитуды максимума сигнала, измеренного первым амплифазометром - 9, с его выхода будет поступать на первые входы второй схемы поразрядного сравнения - 26, первые выходы которой соединены с кодовым выходом амплитуды сигнала второго амплифазометра.
Как следует из вышеописанного, цель данной процедуры - точная ориентация дополнительного луча в направлении на источник зондирующего сигнала. По завершении этой процедуры ФАР - 1 механически крепится и фиксируется в выбранное положении, и в дальнейшем все измерения осуществляются с неподвижно закрепленной ФАР - 1. Следует также отметить, что одной из дополнительных операций, осуществляемой до начала измерений, является контроль линейности преобразования сигнала с СВЧ на ПЧ N×М подрешетками ФАР главного и дополнительного лучей ПХ. По сути своей эта операция сводится к фиксации уровня зондирующего сигнала с тем, чтобы избегать перегрузки входных приемно-усилительных трактов подрешеток. Ограничения сверху и снизу позволяют как исключить появление нелинейных эффектов в процессе измерений, так и сохранить динамический диапазон измеряемых сигналов, ограниченных снизу уровнем собственных шумов ФАР.
Все дальнейшие операции по контролю параметров схемы разведения лучей осуществляются в полностью автоматическом режиме следующим образом: синхронизатор режима измерений - 25 пусковым импульсом переводит счетчик угла отклонения - 24 в первое счетное положение электрического угла отклонения, соответствующее минимальному дискретному положению луча ФАР - 1 (например, 1′÷3′ …). Синхронно с этим запускается генератор импульсов - 21, управляющий счетными состояниями счетчика текущего кода подрешетки - 22 (фиг. 2).
Код первого положения, соответствующего электрическому углу отклонения луча минимально допустимого шага, с выхода счетчика - 24 поступает на вход управляемого коммутатора кодов - 12, с выхода которого он может быть странслирован на вход кодовых магистралей встроенного в ФАР вычислительного устройства управления лучом по внешней команде. При этом главный луч ПХ ФАР - 1 отклонится на единичный шаг отклонения в пространстве вдоль одной из плоскостей - азимутальной либо угломестной, в зависимости от того, в какой из плоскостей добиваются совмещения ДН и осуществляют контроль параметров ПХ.
z
y
Синхронно с переводом счетчика угла отклонения - 24 в первое счетное состояние пусковой импульс синхронизатора режима измерений - 25, поступив на первый вход схемы "ИЛИ" на два входа - 23, по выходу ее запустит по управляющему входу первый амплифазометр - 9, который измерит параметры амплитуды сигнала ПЧ выхода дополнительного луча ФАР, сориентированного максимумом в направлении на источник зондирующего сигнала. По завершении процесса измерений код амплитуды максимума сигнала поступит на первый вход второй схемы поразрядного сравнения - 26. Измерение параметров амплитуды сигналов по главному лучу, отклоненному в первую счетную позицию в направлении совмещения с дополнительным лучом, осуществляется следующим образом: по окончании цикла кодирования амплитуды сигнала первым амплифазометром - 9 на его выходе с задержкой на интервал времени измерения будет сформирован сигнал "Конец кодирования", которой параллельно осуществит разрешение прохождения текущего кода угла отклонения на управляющие кодовые магистрали ФАР через коммутатор - 12 и запустит второй амплифазометр - 10. Процесс формирования дифференциальных фазовых набегов, пропорциональный кодам значений cosα; cosα в раскрыве ФАР - 1 происходит практически с электронными скоростями, обеспечивая возможность измерения амплитуды сигнала за время существования сигнала "Конец кодирования" первого амплифазометра - 9.
1
2
Измеренное значение кода амплитуды сигнала по главному отклоненному лучу с выхода второго амплифазометра - 10 поступит на второй вход второй схемы поразрядного сравнения - 26, осуществляющей логическую операцию определения меры неравнозначности двух кодов А и А, характеризующих значения максимумов амплитуд сигналов неотклоненного дополнительного луча и отклоненного на дискрет перемещения по углу главного луча. Результат сравнения в виде соответствующего сигнала - больше, равно или меньше - поступит на второй вход схемы совпадения "И" - 18, первый вход которой соединен с выходом первой схемы поразрядного сравнения - 16, осуществляющей контроль меры несовпадения среднеарифметических значений фазовых распределений по всем N×M подрешеткам главного и дополнительного лучей в процессе совмещения. По завершении операции сравнения кодов амплитуд интегральных значений сигналов в канале каждого из лучей ПХ, относящихся к данному очередному и последующему значениям углов отклонения главного луча, устройство осуществляет цикл дифференциально-разностного контроля и накопления результатов измерений фазовых распределений по всем N×M подрешеткам, формирующим АФР обоих лучей. Осуществляется эта процедура следующим образом: генератор импульсов - 21 по первому пусковому импульсу синхронизатора - 25 сформирует с задержкой на интервал времени, превышающий цикл измерения параметров сигналов первым и вторым амплифазометром 9, 10, первый из серии N×M импульсов, обеспечивающих перебор всей совокупности эквивалентного числа подрешеток. С выхода генератора импульсов - 21 сигнал поступит на вход заполнения счетчика - 22, обеспечив перевод его в первое счетное состояние, соответствующее формированию текущего кода номера первой подрешетки, который с помощью дешифратора номера подрешетки - 13 преобразует его в позиционный эквивалент сигнала выборки, отпирания соответствующей подрешетки. Т.е. при этом на каждом из ПЧ выходов главного и дополнительного лучей ФАР будет присутствовать сигнал только данной выбранной подрешетки на фоне запертых всех остальных.
1
2
1
z
y
2
2
1
2
1
2
1
2
Синхронно со счетчиком текущего кода подрешеток - 22 по первому счетному импульсу, поступившему на второй вход схемы "ИЛИ" на два входа - 23, вновь запустится первый амплифазометр - 9, осуществляющий измерение фазового сдвига зондирующего сигнала в тракте первой выбранной подрешетки относительно когерентного опорного ПЧ сигнала, сформированного генераторно-гетеродинным оборудованием - 7. Измеренный фазовый сдвиг в канале первой подрешетки дополнительного луча ПХ ФАР - φ в виде эквивалентного двоичного кода с выхода 1-го амплифазометра - 9 поступит на первые входы алгебраического сумматора - 11. Аналогичный фазовый сдвиг в канале первой подрешетки главного луча - φ ПХ ФАР будет измерен вторым амплифазометром - 10 по управляющему синхроимпульсу, сформированному из сигнала "Конец кодирования" первого амплифазометра - 9. Следует лишь при этом отметить, что если в процессе измерения значения φ коммутатор кодов - 12 заперт и на вход ВУУЛ ФАР поступают коды нулевых косинусов cosα, cosα, характеризующих угловые координаты нормального к апертуре луча, то в процессе измерения значения φ главный луч смещен по направлению к дополнительному на единичный шаг перемещения, задаваемый счетчиком угла отклонения - 24, т.к. управляющий сигнал допуска 2-го амплифазометра - 10 синхронно отпирает коммутатор - 12, разрешая прохождение текущего значения кода угла отклонения на управляющие входы ФАР-1. По завершении измерения значения φ эквивалентный код поступит на вторые входы алгебраического сумматора - 11, который осуществит процесс вычитания и формирования кода алгебраической разности (φ-φ) поступающего с его выхода на вход накопителя кодов - 14. Код разности фаз (φ-φ) будет занесен в накопитель кодов - 14 по адресу, определяемому счетчиком текущего кода подрешетки - 22. По завершении измерения значения (φ-φ) в тракте первой подрешетки для неотклоненного дополнительного и отклоненного на дискрет перемещения главного луча ПХ ФАР генератор импульсов - 21 сформирует очередной счетный импульс, изменяющий состояние счетчика - 22, т.о. что выходной код состояния будет характеризовать текущий номер второй подрешетки.
1
2
1
2
1
2
i
Последующий цикл измерения разности фаз (φ-φ) в тракте второй подрешетки в точности эквивалентен первому вышеописанному циклу при неизменном состоянии выходного кода счетчика угла отклонения - 24. Общее число циклов измерений фазовых сдвигов (φ-φ) в каналах обоих лучей будет в точности соответствовать N×M - числу подрешеток ФАР, в результате выполнения которых в накопителе - 14 будет храниться дифференциально-разностный массив кодов (φ-φ) всех N×M подрешеток.
1
2
NM
По завершении измерений значения (φ-φ) вычислитель среднеарифметического значения - 15 осуществит операцию вычисления величины
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>N</mi><mi>M</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mi>M</mi></mrow></munderover><mrow><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mrow>
,
характеризующей меру отличия фазовых распределений по N×M подрешеткам дополнительного неотклоненного и главного отклоненного лучей ПХ ФАР. Допустимая мера несовпадения фазовых распределений двух лучей в процессе совмещения одного с другим, осуществляемая путем непосредственного накрытия в процессе пошагового электрического отклонения, задается регистром кода несовпадения фаз - 17.
ср
ср
Операция сравнения допустимого и реально измеренного дифференциально разностных массивов, характеризующих меру совпадения АФР в каналах обоих лучей ПХ, осуществляется первой схемой поразрядного сравнения - 16. Операция сравнения двух кодов - измеренного и заданного V - осуществляется по очередному импульсу, сформированному синхронизатором режима измерений - 25, поступающему на управляющие входы 1, 2 - схемы поразрядного сравнения 16, 26. Результат сравнения в виде импульса равнозначности в заданном допуске с выхода 1, 2 схемы поразрядного сравнения поступает соответственно на 1, 2 входы схемы совпадения "И" - 18. Естественно, что совпадение двух признаков максимумов ДН каждого из лучей совместно с нахождением в допуске дифференциально-разностного параметра V, измеренного по всем N×M подрешеткам, в формировании которого принимает участие пассивная матрица схемы разведения лучей ПХ ФАР, является наиболее достоверным признаком накрытия ДП бокового луча центральным. Однако добиться такого события возможно за ряд итерационных циклов, первой технологической операцией которого является последовательное пошаговое отклонение луча и выполнение всей вышеописанной технологической последовательности измерений и обработки результатов по предложенному алгоритму.
Терминальным циклом отклонения луча с последующим измерением параметров максимума сигналов и АФР по лучам ПХ является точное накрытие центральным отклоненным лучом ФАР дополнительного не отклоненного, жестко сориентированного максимумом ДН в направлении на источник зондирующего сигнала, расположенный в ДЗ излучения. Фиксация этого события физически выражается в появлении сигнала на выходе схемы "И" - 18, который осуществляет клапанирование по управляющему входу регистра клапанов - 19, транслирующего код, накопленный за ряд последовательных циклов электрического отклонения луча ФАР в счетчике угла отклонения 24, на вход индикатора угла разведения лучей - 20. Именно он и индицирует основной параметр, характеризующий ПХ ФАР - 1, угол разведения основного и дополнительного лучей веера в азимутальной, либо угломестной плоскости, в которой и выполнялись собственно измерения этого параметра.
Технико-экономическая и иная эффективность заявляемого устройства обусловлена возможностью непосредственного измерения параметров ПХ ФАР, при этом гарантируется высокая точность и достоверность выполненных измерений, обусловленная не только синхронной регистрацией интегральных параметров совмещения лучей, но и абсолютно физически корректной процедурой синхронного контроля дифференциально-разностных параметров, характеризующих АФР пассивной и активной матрицы N×M подрешеток, участвующих в образовании главного и дополнительного лучей.
Практическая апробация принципиальных решений заявляемого устройства полностью подтвердила возможность его практической реализации и высокую эффективность в процессе отработки комплекса приборов изделия К-20 в полунатурных условиях предприятия. Автоматизированный измерительный комплекс, в составе которого были апробированы средства аппаратурной реализации заявляемого устройства - ИКАР-1.
Техническая и элементная база, на основе которой может быть реализовано заявляемое устройство: комплекс приборов испытуемого изделия, включающий ФАР, генераторно-гетеродинное оборудование, - полностью обусловлена особенностями практической реализации и ТТХ:
- опорно-поворотное устройство с устройством управления приводом обычные элементы, используемые на антенных полигонах, на которых отрабатываются в полунатурных условиях ФАР соответствующих весо-габаритных размеров;
- волноводный тракт - многосекционная конструкция из отрезков волноводов нормализованных сечений, проложенных с приемного на передающее место;
- антенна-параболоид, либо зеркально-линзовая антенна с заданным коэффициентом усиления и эффективной площадью;
- передающая вышка - опорная металлическая конструкция, на которой монтируется антенна, обеспечивающая геометрию наклонного, либо равновысокого полигона;
- 1, 2 амплифазометры - ПЧ измерители типа ФК 2-29 и др. данного класса.
Все остальные функциональные элементы реализуются на базе больших интегральных схем, серийно освоенных промышленностью, в том числе:
- алгебраический сумматор - ИМС 155 ИМ 3;
- коммутатор кодов - ИМС 155 ЛА2;
- дешифратор номера подрешетки - ИМС 531 ИД7;
- счетчик текущего кода подрешетки и угла отклонения - ИМС 155 ИЕ5;
- генератор импульсов, синхронизатор - принципы реализации этих элементов описаны в Справочнике "Применение ИМС в ЭВТ", Москва, Радио и связь, 1987, стр. 120, рис. 5.78.
- схема "ИЛИ" на два входа - ИМС 555 ЛЕ1;
- регистр клапанов - ИМС 155 КП5;
- накопитель кодов - ИМС 155 РУ7;
1, 2 схема поразрядного сравнения - ИМС 555 СП1;
- регистр кода несовпадения - ИМС 555 ИР30;
- схема "И" - ИМС 555 ЛИ2;
- вычислитель среднеарифметического значения - накапливающий счетчик по заданному основанию ИМС 155 ИЕ4;
- индикатор угла разводки - ИМС 155 ИД1.