СПОСОБ ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
METHOD FOR INTEGRATED CONTROL OF CHARACTERISTICS OF ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при контроле характеристик диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки (АФАР) с дискретным управлением амплитудами и фазами токов возбуждения излучателей с помощью управляемых приемопередающих модулей (ППМ), в состав которых входят: переключатели «Прием-передача»; дискретноуправляемый фазовращатель; многоступенчатый управляемый аттенюатор, приемный канал, состоящий из малошумящего усилителя с защитным устройством, передающий канал, содержащий многокаскадный усилитель мощности, обеспечивающий дискретное управление уровнем выходного сигнала.
P
1
0
1
Известен модуляционный способ контроля характеристик диаграммы направленности фазированной антенной решетки (ФАР), реализованный в пат, 3378846 (США, НКИ 343-100), в основу которого положен поочередный сверхвысокочастотный (СВЧ) контроль всех каналов управления в каждом из L=2их состояний, где р число разрядов фазовращателя канала управления, заключающийся в том, что фазовращатель контролируемого канала управления переключается из одного состояния в другое и обратно с частотой Ω, и анализируется спектр суммарного сигнала ФАР с целью определения комплексной амплитуды первой боковой гармоники ω, отстоящей от основной частоты ω на Δω, которая принимается за амплитуду возбуждения излучателя. Измерение параметров выделяемой модуляционной составляющей сигнала позволяет получить характеристики фазовращателя ППМ при работе АФАР либо на прием, либо на передачу, выявить неисправные фазовращатели и провести расчет характеристик суммарной диаграммы направленности АФАР.
Недостатком данного способа является то, что он требует большого времени на проведение измерений характеристик всех фазовращателей, не позволяет контролировать характеристики усилителей и аттенюаторов ППМ, обладает недостаточной точностью измерения характеристик диаграммы направленности, не учитывает взаимовлияния излучателей и требует вывода радиолокационной станции из штатного режима на длительное время.
В а.с. 1062621 (СССР, МКИ G01R 29/10) предложен способ определения характеристик диаграммы направленности ФАР, в котором при реализации модуляционного способа в соответствии с пат. 3378846 (США, НКИ 343-100) учитывается взаимовлияние отдельных излучателей путем измерения амплитуды и фазы токов возбуждения каждого излучателя при случайном фазировании соседних излучателей в круге радиусом 2-4 длины волны от контролируемого.
Недостатком данного способа является то, что он также требует большого времени на проведение измерений характеристик излучения всех излучателей АФАР, не позволяет контролировать характеристики усилителей и аттенюаторов ППМ и требует выведения радиолокационной станции из штатного режима на длительное время.
Сократить время на проведение измерений и повысить точность определения характеристик диаграммы направленности ФАР позволяет известный способ контроля (заявка 60-123107 (Япония), МКИ H01Q 3/36), реализующий метод вращения поля излучающего элемента, заключающийся в том, что проводится амплитудная модуляция поля ФАР путем последовательного изменения всех состояний фазовращателя (от l-го до L-го) контролируемого канала управления и цифровая обработка принятого суммарного модулированного сигнала. В случае идеально настроенного канала управления фаза колебаний на выходе соединенного с ним излучателя изменяется с каждым переключением фазовращателя на одну и ту же величину Δφ (дискрет переключения фазовращателя), а вносимые потери каналом управления являются постоянной величиной ΔР, поэтому, в результате калибровки, получается эталонная зависимость изменения амплитуды поля ФАР при L переключениях фазовращателя. В процессе контроля каналов управления определяются отношения максимальных значений амплитуды поля ФАР к минимальным, а также фазовый сдвиг ЛФ при максимальном значении амплитуды. В результате сравнения полученного значения с эталонным определяется влияние каждого канала управления на диаграмму направленности ФАР.
Недостатком способа является то, что он не позволяет контролировать характеристики усилителей и аттенюаторов ППМ и требует выведение радиолокационной станции из штатного режима функционирования, что делает невозможным его применение в радиолокационных станциях (РЛС), обеспечивающих сопровождение быстролетящих объектов наблюдения в условиях воздействия разрушающих и возмущающих дестабилизирующих факторов и требующих оперативного контроля диаграммы направленности АФАР без выведения РЛС из штатного режима.
0i
i
этi
этi
0i
этi
i
этi
0i
i
этi
этi
P
Обеспечить контроль характеристик диаграммы направленности АФАР без выведения РЛС из штатного режима позволяет обеспечить известный способ контроля характеристик диаграммы направленности ФАР (пат. 2169376 (Россия), МПК G01R 29/10). Для определения характеристик диаграммы направленности ФАР проводится НЧ-контроль, заключающийся в анализе реакций ее фазовращателей на команды управления лучом ФАР и СВЧ-контроль проводимый без вывода РЛС из штатного режима, в интервалы времени находящиеся за пределами стробируемых участков дальности, заключающийся в определении отношения максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го элемента ФАР к минимальному A, а также сдвига фазы тока возбуждения Ф относительно заданных значений A и Ф (где , а N число элементов ФАР), в каждом из L=2 состояний фазовращателя (р - число разрядов фазовращателя), в случае выявления неисправности канала управления ФАР, по результатам проведения НЧ-контроля, проводится СВЧ-контроль неисправного i-го канала ФАР (при ее работе на прием, либо на передачу), при выявлении отличий A от А и Ф от Ф проводится СВЧ-контроль всех каналов в радиусе 4λ, различия между А, Ф и их эталонными значениями и А и Ф учитываются в процессе моделирования диаграммы направленности ФАР.
Недостатком способа является то, что СВЧ-контролю подвергаются лишь те излучатели, фазовращатели которых оказались неисправными в результате анализа их реакций на команды управления лучом антенной решетки, так как в процессе эксплуатации ФАР и АФАР излучатель может иметь повреждения и при исправном фазовращателе. Кроме того, он не позволяет контролировать характеристики усилителей и аттенюаторов ППМ. Это приводит к снижению достоверности контроля характеристик диаграммы направленности АФАР.
0i
i
этi
этi
0i
этi
этi
0i
0i
этi
i
этi
0i
i
этi
этi
P
Повышение достоверности контроля характеристик диаграммы направленности АФАР может быть реализовано при использовании известного способа контроля характеристик диаграммы направленности ФАР (пат. 2333502 (Россия), МПК G01R 29/10), который выбран в качестве прототипа. Для определения характеристик диаграммы направленности АФАР одновременно проводится НЧ-контроль, заключающийся в анализе реакций фазовращателей ее ППМ на команды управления лучом АФАР, и СВЧ-контроль, осуществляемый без вывода РЛС из штатного режима, в интервалы времени, находящиеся за пределами стробируемых участков дальности, заключающийся в определении отношения максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го излучателя АФАР (при ее работе на прием) к минимальному А, а также сдвига фазы тока возбуждения Ф относительно заданных значений А и Ф (где , а N число элементов АФАР) в каждом из L=2 состояний фазовращателя (р - число разрядов фазовращателя), при этом раскрыв АФАР разбивается на J квадратов со стороной, равной , вписанных в окружности радиусом 4λ, контроль излучателей и соединенных с ними каналов управления, имеющих номера  и являющихся центрами описанных окружностей, проводится в случайном порядке, причем если в результате СВЧ-контроля этих излучателей параметры A оказываются ниже своих эталонных значений A, то проводится последовательный СВЧ-контроль и запоминание амплитуд и фаз токов возбуждения, а также координат m, n (где m - номер строки, n - номер столбца) излучателей, находящихся в j-ом круге радиуса 4λ, а при определении координат излучателя m', n', характеризующегося наименьшей разностью параметров А и A проводится СВЧ-контроль амплитуд и фаз токов возбуждения излучателей, находящихся в круге радиусом 4λ и центром в точке с координатами m', n', которые еще не подвергались СВЧ-контролю в ходе предшествующей процедуры, в случае выявления неисправности i-го фазовращателя АФАР по результатам проведения НЧ-контроля проводится СВЧ-контроль неисправного i-го ППМ, при выявлении отличий A от A и Ф от Ф проводится СВЧ-контроль всех каналов в радиусе 4λ, различия между A, Ф и их эталонными значениями и А и Ф учитываются в процессе моделирования диаграммы направленности АФАР.
Данный способ не позволяет контролировать характеристики усилителей и аттенюаторов ППМ, что приводит к снижению достоверности контроля характеристик диаграммы направленности АФАР.
0i
i
этi
этi
0i
этi
этi
0i,
пот id
потis
потid доп верх
потid
потid доп нижн
iат0
iат1
эт
атi
iпр1
iпр0
эт
прi
iус1
iус0
эт усi
iат1
iат0
эт усi
эт ат i
0ik
этik
iус1
iус0
эт усi
эт ат,
0is
этis
iат0
iат1
iат эт
iус1
iус0
iус эт
iпр1
iпр0
iпр эт
0ik
этik
0is
этis
P
Целью предлагаемого изобретения является расширение области применения и повышение достоверности контроля. Поставленная цель достигается тем, что для определения характеристик диаграммы направленности АФАР одновременно проводятся НЧ-контроль, заключающийся в анализе реакций фазовращателей ее ППМ на команды управления лучом АФАР, и СВЧ-контроль, осуществляемый без вывода РЛС из штатного режима, в интервалы времени, находящиеся за пределами стробируемых участков дальности, заключающийся в определении отношения максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го излучателя АФАР (при ее работе на прием) к минимальному A, а также сдвига фазы тока возбуждения Ф относительно заданных значений А и Ф (где , а N число элементов АФАР) в каждом из L=2 состояний фазовращателя (р - число разрядов фазовращателя), при этом раскрыв АФАР разбивается на J квадратов со стороной, равной , вписанных в окружности радиусом 4λ, контроль излучателей и соединенных с ними ППМ, имеющих номера  и являющихся центрами описанных окружностей, проводится в случайном порядке, причем если в результате СВЧ-контроля этих излучателей, параметры A оказываются ниже своих эталонных значений A, то проводится последовательный СВЧ-контроль и запоминание амплитуд и фаз токов возбуждения, а также координат m, n (где m - номер строки, n - номер столбца) излучателей, находящихся в j-ом круге радиуса 4λ, а при определении координат излучателя m', n', характеризующегося наименьшей разностью параметров А и А проводится последовательный СВЧ-контроль амплитуд и фаз токов возбуждения излучателей, находящихся в круге радиусом 4λ и центром в точке с координатами m', n', а в случае выявления неисправности i-го фазовращателя АФАР по результатам проведения НЧ-контроля проводится СВЧ-контроль неисправного i-го ППМ, отличающийся тем, что в процессе НЧ-контроля дополнительно проводится контроль тока, потребляемого каждым i-м ППМ от источника питания I (где d номер состояния усилителя предающего канала i-го ППМ, ) и в случае, если величина I оказывается выше своего допустимого значения I, то от i-го ППМ отключается напряжение питания и он исключается из дальнейшей процедуры контроля, а в случае если величина I оказывается ниже своего допустимого значения I, проводится СВЧ-контроль неисправного i-го ППМ, а в процессе СВЧ-контроля излучателей и связанных с ними ППМ при работе АФАР на прием дополнительно проводится оценка состояния многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ, заключающаяся в установке максимального значения вносимого им затухания, периодическом отключении выхода i-го ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделении ее огибающей, определении отношения максимального значения уровня СВЧ-сигнала на выходе i-го ППМ АФАР к минимальному A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнении их с эталонными значениями А, проводится оценка характеристик входящего в состав приемного канала каждого i-го ППМ АФАР малошумящего усилителя, заключающаяся в установке минимального значения вносимого многоступенчатым управляемым аттенюатором i-го ППМ затухания, периодическом отключении i-го ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделении ее огибающей, определении отношения максимального значения уровня СВЧ-сигнала на выходе АФАР к минимальному A/А (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнении его с эталонными значениями А, а при работе АФАР на передачу проводится оценка состояния многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ, заключающаяся в установке максимального значения его усиления, периодическом отключение i-го ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, выделении ее огибающей, определении отношения максимального значения тока возбуждения i-го излучателя АФАР к минимальному A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнении их с эталонными значениями А, если в результате СВЧ-контроля A/A оказываются ниже своих эталонных значений от А и А, проводится оценка характеристик многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ, заключающаяся в переключении его состояний из одного в другое и обратно, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделении ее огибающей, определении по ней отношений максимальных значения уровня СВЧ-сигнала на выходе АФАР к минимальным A(где k - номер сочетания состояний аттенюатора i-го ППМ, создающих амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР, , где K - число ступеней аттенюатора) и сравнении их с эталонными значениями А, если в результате СВЧ-контроля отношения A/A оказываются ниже своих эталонных значений A и А проводится оценка характеристик многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ, заключающаяся в переключении его состояний из одного в другое и обратно, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, выделении его огибающей, определении по ней отношений максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го излучателя АФАР к минимальным A (где s - номер сочетания состояний усилителя i-го ППМ, создающих амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, , где S - число состояний усилителя) и сравнение их с эталонными значениями А, выявленные отличия А/А от А, А/А от А, А/А от А, A от A, A от A, а также данные об отключении i-х ППМ по результатам НЧ-контроля учитываются в процессе моделирования диаграммы направленности АФАР.
Таким образом, предлагаемое изобретение имеет следующие отличительные признаки по сравнению с прототипом:
пот is
потid
потid доп верх
потid
потid доп нижн
НЧ-контроль включает процедуры контроля токов, потребляемых каждым i-м ППМ от источника питания I (где s номер состояния усилителя предающего канала i-го ППМ, ) и в случае, если величина Iоказывается выше своего допустимого значения I, то от i-го ППМ отключается напряжение питания и он исключается из дальнейшей процедуры контроля, а в случае если величина I оказывается ниже своего допустимого значения I, проводится СВЧ-контроль неисправного i-го ППМ. Данные об отключении i-x ППМ по результатам НЧ-контроля учитываются в процессе моделирования диаграммы направленности АФАР;
СВЧ-контроль включает процедуры, позволяющие:
iпр1
iпр0
эт прi
iат0
iат0
эт атi
0ik
этik
при работе АФАР на прием: оценить характеристики входящего в состав приемного канала каждого i-го ППМ АФАР малошумящего усилителя, установив минимальное значение вносимого многоступенчатым управляемым аттенюатором i-го ППМ затухания, осуществляя периодическое отключение выхода i-го ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделяя ее огибающую, определяя при этом отношения максимального значения уровня СВЧ-сигнала на выходе i-го ППМ АФАР к минимальному (относительные приращения амплитуды) A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению выхода i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнивая их с эталонными значениями А; оценить состояние многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ (исправен, либо неисправен), установив максимальное значение вносимого им затухания, осуществляя периодическое отключение выхода i-го ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделяя ее огибающую, определяя при этом отношения максимального значения уровня СВЧ-сигнала на выходе i-го ППМ АФАР к минимальному (относительные приращения амплитуды) A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнивая их с эталонными значениями А; оценить характеристики многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ, осуществляя переключение его состояний из одного в другое и обратно, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделяя ее огибающую, определяя при этом относительные приращения амплитуды А (где k - номер сочетания состояний аттенюатора i-го ППМ, создающих амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР) и сравнивая их с эталонными значениями А;
iус1
iус0
эт усi
0is
этis
при работе АФАР на передачу: оценить состояние многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ, установив максимальное значение усиления им сигнала, осуществляя периодическое отключение i-го ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, выделяя ее огибающую, определяя при этом отношение максимального значения тока возбуждения i-го излучателя АФАР к минимальному (относительные приращения амплитуды) A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнивая их с эталонными значениями А; оценить характеристики многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ, осуществляя переключение его состояний из одного в другое и обратно, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, выделяя его огибающую, определяя при этом отношения максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го излучателя АФАР к минимальным (относительные приращения амплитуды) A (где s - номер сочетания состояний усилителя i-го ППМ, создающих амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР) и сравнивая их с эталонными значениями A;
iус1
iус0
эт усi
iат1
iат0
эт атi
iпр1
iпр0
эт прi
0is
этis
0ik
этik
0i
этi
i
этi
выявленные в процессе СВЧ-контроля ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР, отличия А/А от А, а также A/A от А используются для перехода к оценке характеристик многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ и характеристики многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ, а затем вместе с отличиями A/A от А, A от А, а также А от А, вместе с отличиями A от A и Ф от Ф (в соответствии со способом-прототипом) учитываются в процессе моделирования диаграммы направленности АФАР и могут быть использованы для формирования корректирующих амплитудно-фазовое распределение на раскрыве АФАР воздействий.
Выполнение указанных операций позволяет реализовать предлагаемый способ в РЛС, обеспечивающих сопровождение быстролетящих объектов наблюдения в условиях воздействия разрушающих и возмущающих дестабилизирующих факторов, требующих оперативного контроля диаграммы направленности АФАР без выведения РЛС из штатного режима.
На фигуре 1 приведен вариант технической реализации предлагаемого способа.
Изображенное на фигуре 1 устройство, реализующее данный способ содержит: 1 - измерительный зонд; 2 - излучатель; 3 - ППМ; 4 - блок управления амплитудно-фазовым распределением; 5 - цифровое вычислительное устройство (ЦВУ); 6 - блок встроенного контроля состояния приемопередающих модулей АФАР; 7 - АФАР; 8 - измеритель амплитуд и фаз; 9 - приемопередатчик; 10 - переключатель «Прием-передача»; 11 - делитель-сумматор; 12 - СВЧ-выключатель, 13 - коммутатор цепей питания ППМ, 14 - источник питания ППМ.
На фигуре 2 в качестве примера изображена структурная схема ППМ (аналогичная схема приведена в статье A.M.Голика и др. Приемо-передающие модули активных ФАР // Зарубежная радиоэлектроника. - 1993. - №5. - С.12-19 и в электронном журнале Microwaves 101.corn: статья «Transmit/receive modules». November 11, 2010). Рассматриваемый вариант конструкции ППМ содержит: 15 - переключатель «прием-передача»; 16 - многокаскадный усилитель мощности; 17 - малошумящий усилитель с защитным устройством; 18 - дискретноуправляемый фазовращатель; 19 - многоступенчатый управляемый аттенюатор.
Контроль характеристик диаграммы направленности АФАР по предложенному способу осуществляется следующим образом.
При работе АФАР одновременно реализуются две ветви контроля функционирования ее каналов управления.
потid
В основе первой (НЧ-контроль) лежит последовательный анализ состояний переключающих элементов фазовращателей всех ППМ АФАР после их установки в состояния, соответствующие заданному положению луча АФАР, а также контроль токов потребления ППМ I (где d номер состояния усилителя предающего канала i-го ППМ, ). Причем, если в результате реализации процедур, предусмотренных ветвью НЧ-контроля, будут выявлены вышедшие из строя (обрыв либо короткое замыкание) переключающие элементы фазовращателей (НЧ-контроль в соответствии со способом-прототипом), то проводится СВЧ-контроль неисправного i-го ППМ.
потid
потid
доп
потid
потid доп нижн
В случае, если контролируемая величина I оказывается выше своего допустимого значения I, то от i-го ППМ отключается напряжение питания и он исключается из дальнейшей процедуры контроля, а в случае, если величина I оказывается ниже своего допустимого значения I, проводится СВЧ-контроль неисправного i-го ППМ.
Реализация контроля состояний переключающих элементов фазовращателей может быть осуществлена в соответствии с а.с. 1781641 (СССР, МКИ G01R 29/10), а.с. 321232 (СССР, МКИ G01R 29/10), а.с. 275531 (СССР, МКИ G01R 29/10), пат. 4005361 (США, МКИ G01R 31/02), пат. 2542435 (ФРГ, МКИ H01Q 3/26, G01R 3/28).
потid
потid доп
Контроль токов потребления ППМ может быть реализован на основе использования промышленно выпускаемых датчиков тока, представляющих собой преобразователи «ток-напряжение» (перечень возможных для применения датчиков приведен в статье А.Данилова «Современные промышленные датчики тока» // Современная электроника. - М.: СТА-ПРЕСС, - октябрь 2004 г. - С.26-35), размещаемых в составе блока 6 контроля состояний ППМ. Оцифрованный сигнал с выхода датчика I сравнивается в блоке 6 с I и формируется команда на отключение питания от i-х ППМ, которая поступает на коммутатор 13. Результаты оценки состояния ППМ от блока 6 поступают на ЦВУ, осуществляющее моделирование диаграммы направленности антенны и определение ее характеристик.
В ходе процедуры СВЧ-контроля излучателей и соединенных с ними ППМ (вторая ветвь контроля), проводимой одновременно с НЧ контролем, раскрыв АФАР (в соответствии со способом-прототипом) разбивается на J квадратов со стороной равной , вписанных в окружности радиусом 4λ. СВЧ-контроль излучателей и соединенных с ними ППМ, имеющих номера  и являющихся центрами описанных окружностей, проводится в случайном порядке (без вывода РЛС из штатного режима, в интервалы времени, находящиеся за пределами стробируемых участков дальности) и заключается в:
0i
i
этi
этi
P
определении (в соответствии со способом-прототипом) отношения максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го излучателя АФАР (при ее работе на прием) к минимальному A, а также сдвига фазы тока возбуждения Ф относительно заданных значений A и Ф (где , a N число элементов ФАР) в каждом из L=2 состояний фазовращателя (р - число разрядов фазовращателя);
iат1
iат0
эт атi
оценке состояния («исправен» - «неисправен») многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ при работе АФАР на прием, установив максимальное значение вносимого им затухания, осуществляя периодическое отключение выхода i-то ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделяя ее огибающую, определяя при этом отношения максимального значения уровня СВЧ-сигнала на выходе i-го ППМ АФАР к минимальному (относительные приращения амплитуды) A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнивая их с эталонными значениями A;
iпр1
ino0
эт прi
оценке характеристик входящего в состав приемного канала каждого i-го ППМ малошумящего усилителя при работе АФАР на прием, установив минимальное значение вносимого многоступенчатым управляемым аттенюатором i-го ППМ затухания, периодически отключая i-й ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделяя ее огибающую, определяя при этом отношения максимального значения уровня СВЧ-сигнала на выходе АФАР к минимальному A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнивая его с эталонными значениями A;
iус0
iус0
эт усi
оценке состояния многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ (при работе АФАР на передачу), установив максимальное значение усиления сигнала, осуществляя периодическое отключение i-го ППМ от делителя-сумматора, связанного с приемопередатчиком РЛС, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, выделяя ее огибающую, определяя при этом отношение максимального значения тока возбуждения i-го излучателя АФАР к минимальному (относительные приращения амплитуды) A/A (где 1 и 0 соответствуют подключению и отключению i-го ППМ от делителя-сумматора) и сравнивая их с эталонными значениями А.
0i
этi
этi
0i
Причем, если в результате СВЧ-контроля излучателей, имеющих номера  (в соответствии со способом-прототипом), параметры A оказываются ниже своих эталонных значений А, то проводится последовательный СВЧ-контроль и запоминание амплитуд и фаз токов возбуждения, а также координат m, n (где m - номер строки, n - номер столбца) излучателей, находящихся в j-ом круге радиуса 4λ, а при определении координат излучателя m', n', характеризующегося наименьшей разностью параметров А и A, проводится последовательный СВЧ-контроль амплитуд и фаз токов возбуждения излучателей, находящихся в круге радиусом 4λ и центром в точке с координатами m', n'.
Состав реализуемых процедур СВЧ-контроля при этом соответствует предлагаемому изобретению.
iат1
iат0
эт ат i
0ik
этik
Если в результате СВЧ-контроля состояния многоступенчатого управляемого аттенюатора i-го ППМ отношение A/A окажется ниже своего эталонного значения А, проводится оценка его характеристик, заключающаяся в переключении состояний многоступенчатого управляемого аттенюатора из одного в другое и обратно, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР от измерительного зонда, выделении ее огибающей, определении по ней отношений максимальных значения уровня СВЧ-сигнала на выходе АФАР к минимальным A (где k - номер сочетания состояний аттенюатора i-го ППМ, создающих амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, принимаемого АФАР, , где K - число ступеней аттенюатора) и сравнении их с эталонными значениями A.
iус0
iус0
эт усi,
0is
этis
Если в результате СВЧ-контроля состояния многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала i-го ППМ отношения A/A оказываются ниже своих эталонных значений А проводится оценка их характеристик, заключающаяся в переключении состояний многокаскадного управляемого усилителя мощности из одного в другое и обратно, вызывая тем самым амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, выделении его огибающей, определении по ней отношений максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го излучателя АФАР к минимальным A (где s - номер сочетания состояний усилителя i-го ППМ, создающих амплитудную модуляцию результирующего вектора поля, излучаемого АФАР, , где S - число состояний усилителя) и сравнение их с эталонными значениями A.
iат0
iат1
iат эт
iус1
iус0
iус эт
iпр1
iпр0
iпр эт
0ik
этik
0is
эт is
0i
этi
i
этi
Выявленные в процессе проводимого СВЧ-контроля ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР отличия A/A от А, А/А от А, А/Аот А, A от A, A от A, вместе с отличиями A от A и Ф от Ф (в соответствии со способом прототипом), а также данными об отключении i-х ППМ по результатам НЧ-контроля учитываются в процессе моделирования диаграммы направленности АФАР и могут быть использованы для формирования корректирующих амплитудно-фазовое распределение на раскрыве АФАР воздействий.
Рассмотрим процесс контроля характеристик многоступенчатых управляемых аттенюаторов. Например, трехступенчатый управляемый аттенюатор, представляющий собой два последовательно соединенных аттенюатора, имеет четыре состояния 0, 20, 40 и 60 дБ. Для оценки характеристик аттенюатора достаточно двух сочетаний состояний:
k=1 - сочетание состояний 0 и 20 дБ;
k=2 - сочетание состояний 0 и 40 дБ, либо 20 и 40 дБ.
Использование этих сочетаний позволит оценить относительную величину приращения затухания, вносимого каждым из ступеней аттенюатора.
Сочетание состояний 0 и 60 дБ оценивается при контроле состояния аттенюатора. Таким образом, в результате реализации процедур оценки состояния и контроля характеристик в памяти ЦВУ будут актуализированы данные о состоянии аттенюатора, что может быть использовано при уточнении пеленгационной характеристики РЛС и реализации адаптивного способа измерения угловых координат в соответствии с пат. 2331902 (Россия, МПК G01S 13/44, 13/68).
Контроль характеристик усилителя осуществляется аналогичным образом. Цифровое управление усилением может быть реализовано, например, в соответствии с пат. 4638190 (США. МКИ C01P 25/04).
iат0
iат1
iус1
iус0
iпр1
iпр0
0ik k
0is
i
Задача выделения огибающей модулированного по амплитуде СВЧ-сигнала (в процессе изменения состояний СВЧ-выключателя, усилителя мощности 16, многоступенчатого аттенюатора 19 в соответствии с предлагаемым методом), а также определения отношений уровней сигналов А/A, A/A, A/A, A, A, и значений Ф реализуется измерителем 8 амплитуд и фаз в соответствии с пат. 3378846 (США, НКИ 343-100).
iат0
iат1
iат эт
iус0
iус1
iус эт
iпр1
iпр0
iпр эт
0ik
этik
0is
этis
0i
этi
i
этi
Выявление в процессе СВЧ-контроля ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР отличий А/A от А, A/A от А, A/A от A, A от A, A от A, а также А от А и Ф от Ф осуществляется ЦВУ 5.
Перечисленные операции осуществляются без выведения РЛС из штатного режима в интервалы времени, находящиеся за пределами стробируемых участков дальности в соответствии с данными, приведенными в книге Хижа Г.С.и др. «СВЧ-фазовращатели и переключатели: Особенности создания на pin-диодах в интегральном исполнении». - М.: Радио и связь, 1984. - 184 с., время переключения состояний полупроводникового фазовращателя составляет единицы наносекунд, а ферритовых - единицы микросекунд. Поэтому выделить участок в несколько сотен метров (1 микросекунда - 150 метров) для проведения СВЧ-контроля состояния излучателя не вызывает затруднений. При инерционности имеющихся в наличии средств регистрации измерения амплитуды могут осуществляться по одному из L (L - число состояний фазовращателей) измерений за период следования зондирующих импульсов.
этi
iат эт
iус эт
iпр эт
этik
этis
этi
На время контроля АФАР расфазируется (все ее фазовращатели устанавливаются в состояния Δφ=0). Информация об эталонных значениях амплитуд токов возбуждения i-х излучателей АФАР A при различных сочетаниях отказов переключающих элементов фазовращателей связанных с ними i-х ППМ, вместе с эталонными значениями А, A, A, A, A, а также Ф хранится в памяти вычислительного устройства 5, осуществляющего расчет характеристик диаграммы направленности.
0i
этi,
0i
i
этi
этi
0i
этi
i
этi
В случае, если А<А т.е. установлен факт механического повреждения излучателя АФАР, то с помощью способа-прототипа оценивается изменение комплексной амплитуды возбуждения отказавшего ППМ и влияние этого изменения на характеристики соседних каналов управления, отстоящих от отказавшего на расстояния до 4λ в соответствии с а.с. 1062621 (СССР, МКИ G01R 29/10), осуществляется оценка влияния вышедших из строя излучателей, при которой фазовращатели всех излучателей, находящихся в круге радиусом 2-4 длины волны от контролируемого, перефазируются и в каждом состоянии путем СВЧ-контроля определяются параметры A и Ф, сравниваемые с их эталонными значениями A и Ф, различия между значениями А и А, Ф и Ф.
Эти данные (как и результаты анализа реакций фазовращателей на команды управления лучом) и данные о характеристиках малошумящих усилителей 17, о состоянии усилителей мощности 16 и аттенюаторов 19 отправляются на вычислительное устройство, где они учитываются в модели АФАР при определении характеристик ее диаграммы направленности.
iус1
iус0
эт усi,
0is
этis
В случае, если в результате оценки состояния многокаскадного управляемого усилителя мощности 16 i-го ППМ выявлено, что отношения A/A оказываются ниже своих эталонных значений А в соответствии с предлагаемым способом проводится оценка их характеристик, в процессе которой определяются отношения максимальных значений амплитуды тока возбуждения i-го излучателя АФАР к минимальным A и сравнение их с эталонными значениями A. Результаты сравнения учитываются при определении диаграммы направленности.
iат1
iат0
эт ат i
0ik
этik
Если в результате оценки состояния многоступенчатого управляемого аттенюатора i-го ППМ отношение A/A окажется ниже своего эталонного значения А, в соответствии с предлагаемым способом проводится оценка его характеристик, в процессе которой определяются отношения максимальных значений уровней СВЧ-сигнала на выходе АФАР к минимальным A и сравнении их с эталонными значениями A.
Диаграмма направленности при этом определяется в соответствии с известным выражением для множителя ФАР (см. «Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток» под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1994. - 592 с.) на прием и передачу
,
0i
i
где A - амплитуда тока возбуждения i-го излучателя АФАР (на передачу), либо уровня сигнала поступающего с выхода i-го ППМ (на прием); Ф - фаза тока возбуждения mn-го излучателя АФАР (для выбранного направления излучения).
0i
i
этi
этi
0i
этi
i
этi
Таким образом, с помощью способа-прототипа, как описано выше, в процессе НЧ-контроля реализуется лишь оценка состояний переключающих элементов фазовращателей 18, а в процессе СВЧ-контроля оценивается изменение комплексной амплитуды возбуждения i-x излучателей АФАР, а также влияние этого изменения на характеристики соседних каналов управления, отстоящих от отказавшего на расстояния до 4λ. В соответствии с пат. 2169376 (Россия, МПК G01R 29/10) осуществляется оценка влияния вышедших из строя излучателей, при которой фазовращатели всех излучателей, находящихся в круге радиусом 4λ от контролируемого, перефазируются и в каждом состоянии путем СВЧ-контроля определяются параметры A и ΔФ, сравниваемые с их эталонными значениями A и Ф, различия между значениями A и А, Ф и Ф. Эти данные отправляются на вычислительное устройство, где они также учитываются в модели АФАР при определении характеристик ее диаграммы направленности.
Реализация предлагаемого способа позволяет использовать его для контроля характеристик АФАР, расширяя тем самым область применения способа-прототипа, и повысить достоверность контроля характеристик АФАР за счет учета состояний элементов ППМ, который может быть реализован в процессе работы РЛС.
Техническая реализация предлагаемого способа может быть проиллюстрирована на примере устройства встроенного контроля характеристик АФАР, изображенного на фигуре 1.
0i
этi)
В рассматриваемом примере АФАР 7 с фидерным возбуждением состоит из излучателей 2, амплитуды и фазы токов возбуждения которых устанавливаются с помощью ППМ 3. Пример конструкции ППМ представлен на фигуре 2. Блок управления 4 амплитудно-фазовым распределением представляет собой вычислительное устройство, реализующее расчет требуемых фаз и амплитуд токов возбуждения излучателей 2 АФАР 7 в соответствии с кодом требуемого углового положения луча АФАР, при выявлении отказов блок управления 4 за пределами стробируемых участков дальности осуществляет последовательное изменение всех L состояний фазовращателя контролируемого канала, при этом фазовращатели всех остальных каналов устанавливаются в нулевые состояния. При выявлении механических повреждений излучателей (А<А блок управления 4 в соответствии с командами, поступающими от ЦВУ 5 (в соответствии с устройством-прототипом) осуществляет перефазировку фазовращателей всех излучателей в круге радиусом 2-4 длины волны от контролируемого излучателя для оценки влияния поврежденного излучателя на амплитудно-фазовое распределение.
Делитель-сумматор 11 обеспечивает распределение СВЧ-энергии, поступающей на него от приемо-передающего блока 9, при работе РЛС в режиме «передача», а также суммирование сигналов, поступающих на излучатели 2 АФАР 7, и передачу их к приемо-передающему блоку 9 в режиме «прием».
Переключатель «прием-передача» 10 предназначен для защиты измерителя 8 при подаче сигнала от приемо-передатчика 9 на измерительный зонд 1, т.е. при контроле приемных каналов ППМ 3 АФАР 7 (контроль АФАР при работе на прием). Техническая реализация переключателя 10 не вызывает трудностей.
СВЧ-выключатель 12 предназначен для модуляции СВЧ-сигнала, поступающего на исследуемый ППМ, либо поступающего от исследуемого ППМ на делитель-сумматор. В качестве СВЧ-выключателя могут быть использованы схемные решения, приведенные в книге А.В.Вейсблата «Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах». - М.: Радио и связь, 1987, с.27-73, либо в пат. 2139611 (Россия), МКП Н01Р 1/11, H01P 1/218 и в пат. 2020659 (Россия), МКП H01P 1/15.
пот id
потid
потid доп верх
потid доп верх
Коммутатор цепей питания 13 предназначен для отключения подачи электропитания от ППМ, по результатам контроля тока I (где d номер состояния усилителя предающего канала i-го ППМ, ), потребляемого каждым i-м ППМ от источника питания 14, в случае, если величина I оказывается выше своего допустимого значения I. Значение I оценивается предварительно (в процессе разработки АФАР) и записывается в память устройства сравнения, входящего в состав блока 6 контроля состояния ППМ.
Кроме того, блок контроля 6, после установки ППМ в состояния в соответствии с командами блока 4 управления амплитудно-фазовым распределением, осуществляет контроль состояний переключающих элементов фазовращателей и сравнивает их с рассчитанными в блоке 4. При несоответствии реального состояния переключающих элементов фазовращателя рассчитанному, выдается информация на ЦВУ 5 о характере отказа. Функция блока 6 контроля состояния ППМ - контроль переключающих элементов и фазовращателей - может быть реализована в виде одного из устройств, предложенных в а.с. 1781641 (СССР, МКИ G01R 29/10), а.с. 275531 (СССР, МКИ G01R 29/10), а.с. 3212321 (СССР, МКИ G01R 29/10), пат. 4005361 (США, МКИ G01R 31/02), пат. 2542435 (ФРГ, МКИ Н01Q 3/26, G01R 2/28).
Информация от блока 6 поступает на ЦВУ 5 в цифровом виде. Измеритель амплитуд и фаз 8 осуществляет измерение амплитуды и фазы сигнала, принятого измерительным зондом 1. В цифровом виде информация от измерителя 8 поступает на ЦВУ 5.
Цифровое вычислительное устройство 5 параллельно реализует функции, фактически описывающие работу первой и второй ветви контроля параметров АФАР.
Функции, выполняемые ЦВМ для реализации НЧ-контроля:
расчет и выдача кодов требуемого положения луча для блока 4 управления амплитудно-фазовым распределением;
потid
потid
потid доп верх
прием и хранение поступающей от блока 6 контроля состояний ППМ информации о координатах неисправных фазовращателей, номерах отказавших секций управления (переключающих элементов) и видах отказов (обрыв или короткое замыкание), а также о результатах сравнения токов потребления I с допустимыми значениями и об отключении электропитания от ППМ у которых I>I.
Функции, выполняемые ЦВМ для реализации СВЧ-контроля:
выдача кодов излучателей на блок 4 для проведения СВЧ-контроля в соответствии с информацией от блока 6;
генерация кодов j-х (где ) излучателей на блок 4 для проведения СВЧ-контроля;
0i
i
этi
этi
определение отношения максимального значения амплитуды поля АФАР к минимальному А и фазового сдвига ΔФ (где , а N - число элементов АФАР) при максимальном значении амплитуды и сравнение их с эталонными значениями А и Ф в соответствии с информацией, поступающей от измерителя 8;
0i
i
этi
этi
определение отношения максимального значения амплитуды поля АФАР к минимальному А и фазового сдвига ΔФ токов возбуждения j-x излучателей (где , a N - число элементов АФАР) при максимальном значении амплитуды и сравнение их с эталонными значениями A и Ф в соответствии с информацией, поступающей от измерителя 8;
0i
i
определение отношений A и фазовых сдвигов ΔФ;
этi
0i
выявление излучателя с наименьшей разностью А-А и запоминание координат m', n';
выдачу кодов излучателей на блок 4 для проведения последовательного СВЧ-контроля излучателей, находящихся в j-ом круге радиуса 4λ в соответствии с информацией от блока 5;
0i
i
этi
этi
оценку влияния вышедших из строя излучателей, при которой фазовращатели всех ППМ, соединенных с излучателями, находящимися в круге радиусом 4λ от контролируемого, перефазируются и в каждом состоянии путем СВЧ-контроля определяются параметры А и ΔФ сравниваемые с их эталонными значениями A и Ф;
этi
0i
запоминание и хранение координат поврежденных излучателей АФАР с наименьшей разностью А-А и координатами m', n';
iат0
iат1
iат эт
iус1
iус0
iус эт
iпр1
iпр0
iпр эт
0i
этik
0is
этis
0i
этi
i
этi
запоминание и хранения результатов сравнения A/A и А, A/A и А, A/А и А, A и A, A и A, а также A и А, Ф и Ф;
iат эт
iус эт
iпр эт
этik
этis
этi
этi
хранение таблиц эталонных значений А, А, А, А, А а также А, Ф;
iат0
iат1
iат эт
iус1
iус0
iус эт
iпр1
iпр0
iпр эт
0ik
этik
0is
этis
0i
этi
i
этi
учет в процессе моделирования диаграммы направленности АФАР значений, выявленных в процессе контроля отличий А/A от А, A/A от А, A/A от A, A от A, A от A, а также А от А и Ф от Ф.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяете повысить достоверность контроля характеристик АФАР в процессе работы радиоэлектронной системы, что позволяет эффективнее использовать РЛС в условиях воздействия разрушающих и возмущающих дестабилизирующих факторов, что в конечном итоге позволяет расширить область применения способа.