АДАПТИВНАЯ ЦИФРОВАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Устройство относится к антенной технике, а именно, к антенным системам с электронным управлением лучом и применением адаптивных цифровых фазированных антенных решеток (АЦФАР) в мобильных средствах связи.
Известны фазированные антенные решетки (ФАР), осуществляющие электронное сканирование в диапазоне 360°, например, круговые антенные решетки: патенты РФ №1531183, МПК H01Q 3/26, опубликован 04.06.84, №2019006 МПК H01Q 3/26, опубликован 30.08.1994, который можно принять за прототип. Однако, при установке указанных устройств на качающемся основании, например, в составе системы радиорелейной связи на летно-подъемных средствах (ЛПС), они не обеспечивают устойчивого направления излучения на абонентов. Это обусловлено случайными внешними механическими воздействиями на ЛПС, которые приводят к смещениям, поворотам, перемещению АЦФАР с различной скоростью и ускорением, что ведет к изменению направления диаграммы направленности ее уход с направления на абонента.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение стабильного направления излучения АЦФАР на абонентов вне зависимости от внешних механических воздействий.
Технический результат заключается в создании АЦФАР, размещаемой на ЛПС, обеспечивающей стабилизацию направления излучения на абонентов, не зависящее от случайных внешних механических воздействий, диаграммы направленности.
Технический результат достигается тем, что в адаптивную цифровую фазированную антенную решетку, содержащую антенную решетку, соединенную с диаграммообразующим устройством, вход которого соединен с выходом блока управления, введены датчик положения геомагнитного типа, датчик угловой скорости трехосевой, датчик ускорения трехосевой (акселерометр), устройства обработки, спутниковая навигационная система, состоящая из трех приемных антенн, подключенных к аппаратуре угломерно-координатной спутниковой системы навигации, вычислитель параметров ориентации и положения объекта в пространстве, причем выходы датчиков положения, угловой скорости, ускорения каждый через свое устройство обработки, а также выход аппаратуры угломерно-координатной спутниковой системы навигации подключены к вычислителю параметров ориентации и положения объекта в пространстве, который передает данные на вход блока управления.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, котором представлена структурная схема устройства, где 1 - датчик положения геомагнитного типа, 2 - датчик угловой скорости трехосевой (волоконно-оптический), 3 - датчик ускорения трехосевой (акселерометр), 4 - устройство обработки, 5 - антенна спутниковой системы навигации, 6 - трехканальная аппаратура угломерно-координатной спутниковой системы навигации, 7 - комбинированное навигационное устройство, 8 - блок спутниковой системы навигации, 9 - инерционный блок, 10 - вычислитель параметров ориентации и положения объекта в пространстве, 11 - блок формирования диаграммы направленности, 12 - блок управления, 13 - диаграммообразующее устройство, 14 - антенная решетка.
Датчики 1 положения, угловой скорости 2, ускорения 3, устройства 4 обработки и спутниковая система навигации (СНС), состоящая из трех приемных антенн 5 спутникового сигнала и аппаратуры 6 СНС, входят в состав комбинированного навигационного устройства (КНУ) 7, которое предназначено для измерения параметров ориентации и положения объекта в пространстве и используется в мобильных системах, требующих удержания заданного направления при воздействии внешних мешающих механических факторах.
КНУ 7 представляет собой совокупность двух блоков: блок 8 спутниковой системы навигации (СНС) и инерционный блок 9. Блок 8 спутниковой системы навигации представляет собой трехканальную аппаратуру угломерно-координатной спутниковой навигации, работающей в системах GPS и ГЛОНАСС. Он вырабатывает и передает данные о координатах в вычислитель 10 параметров ориентации и положения объекта в пространстве. Инерциальный блок 9 предназначен для определения углов поворота, крена и тангажа объекта, а также угловой скорости. Данные от датчика 1 положения геомагнитного типа используется для определения угла ориентации объекта в горизонтальной плоскости. Углы крена и тангажа определяются по данным от трехосевых датчиков 2, 3 угловой скорости и ускорения соответственно.
Устройства 4 обработки переводят аналоговые сигналы показаний датчиков в единую цифровую форму для вычислителя 10 параметров ориентации. Устройства 4 обработки состоят из аналогово-цифровых преобразователей и процессоров цифровой обработки сигналов. Выходными данными КНУ 7 являются данные о географических координатах объекта, углу в горизонтальной плоскости и углах крена и тангажа. Протокол представления выходных данных зависит от устройства, использующих эти данные, и в общем случае является произвольным.
Вычислитель 10 параметров ориентации (функционально представляющий собой блок ЭВМ, в котором производятся математические операции интегрирования, арифметические операции, вычисление тригонометрических функций (см. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация, М.: Машиностроение, 1982, 216 с., с. 12), получив данные от инерциального блока 9 и блока 8 СНС, определяет географические координаты объекта, угол положения объекта в горизонтальной плоскости, углы крена и тангажа. В случае искажения данных от спутниковой компоненты из-за воздействия помех, вычислитель по данным от трехосевых датчиков угловой скорости и ускорения и измеренных интервалов времени определяет местоположение объекта. При восстановлении данных от спутниковой компоненты, вычислитель параметров ориентации корректирует, при необходимости, географические координаты объекта. При существующей элементной базе инерциальная компонента определяет местоположение объекта без спутниковой компоненты более 3 суток с той же точностью. При наличии данных от спутниковой компоненты данные инерциальной компоненты используются для повышения точности определения географических координат.
В вычислителе 10 на основе данных КНУ 7 вырабатывается сигнал, содержащий информацию об изменении координат АЦФАР, поступающий на блок 11 формирования диаграммы направленности. В этот блок входит блок управления 12 и диаграммообразующая устройство (ДОУ) 13. На ДОУ 13 поступает СВЧ сигнал, а также управляющий сигнал из блока 12 управления. Диаграммообразующая схема построена так, что антенная решетка 14 обеспечивает сканирование в диапазоне 360° с определенным угловым шагом, например, 5°. Она может быть выполнена на основе линзы Ротмана или содержать управляемые фазовращатели с дискретным шагом. При смещении АЦФАР более чем на величину углового шага, схема управления, куда поступает информация об изменении координат, формирует сигнал, управляющий диаграммообразующей схемой и обеспечивающий фазировку луча АЦФАР на абонента с учетом поправки. Если диаграммобразующая схема выполнена на основе линзы Ротмана, то схема управления обеспечивает переключение входов линзы.
Таким образом, при изменении положения АЦФАР в пространстве луч диаграммы направленности будет постоянно направлен на абонента за счет управления фазированием антенной решетки.