УСТРОЙСТВО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в качестве устройства обработки сигналов линейных антенных решеток в радиолокации.
Известно устройство «Многоканальный пеленгатор» (патент РФ №2096797, МПК G01S 3/14, G01S 3/74, 20.11.97), содержащее линейную антенную решетку, коммутатор, приемник с гетеродином, аналого-цифровые преобразователи, блоки преобразования Фурье, вычислитель пеленга. Вход приемника посредством коммутатора подсоединен к выходам линейной антенной решетки. Выходы приемника через аналого-цифровые преобразователи соединены с входами блоков преобразования Фурье, выходы которых соединены с входами вычислителя пеленга.
Недостатком этого устройства является обработка узкополосных сигналов.
Известно «Фидерное устройство диаграммообразования» (Воскресенский Д.И. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток./ Воскресенский Д.И., Степаненко В.И. М.: Радиотехника, 2003. С.86-95.), содержащее линейную антенную решетку, линии передачи, фазовращатели, делители мощности. Выходы линейной антенной решетки соединены линиями передач с фазовращателями и делителями мощности. Фидерное устройство диаграммообразования может быть выполнено по параллельной, последовательной и параллельно-последовательной схеме, в зависимости от последовательности включения фазовращателей и делителей мощности.
Недостатками фидерных устройств диаграммообразования является узкая полоса пропускания сигналов и большие массогабаритные показатели.
Известно устройство «Параллельной обработки сигналов» (Кравец, Е.В. Увеличение широкополосности акустоэлектронных устройств обработки сигналов антенных решеток // Информационно-управляющие системы / Е.В. Кравец, П.Н. Петров; ГУАП. СПб, 2012. С.46-53.), содержащее линейную антенную решетку, преобразователь частоты, узкополосные блоки обработки и сумматор. Выходы линейной антенной решетки соединены с входами преобразователя частоты. Входы блоков обработки подключены к выходам преобразователя частоты. Выходы блоков обработки соединены с входами сумматора. Устройство обеспечивает обработку широкополосных сигналов, поступающих на входы линейной антенной решетки. Работа устройства заключается в параллельной обработке сигналов со смежными полосами частот и суммированием выходов узкополосных блоков обработки. Для обработки сигналов в N параллельных каналах требуется N узкополосных блоков обработки.
Недостатком данного устройства являются большие массогабаритные показатели.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является «Устройство обработки сигналов линейной антенной решетки» (Акустоэлектронные устройства обработки гидроакустических сигналов/ Рогачев В.И., Петров П.Н., Кравец B.C., Кулаков С. В. СПб.: Судостроение, 1993. С.120.). Устройство содержит линейную антенную решетку, преобразователь частоты, гетеродин, акустоэлектронную подложку, переизлучающую решетку преобразователей поверхностных волн и считывающие преобразователи поверхностных волн. Выходы линейной антенной решетки соединены с входами преобразователя частоты, а выходы преобразователя частоты соединены с переизлучающей решеткой преобразователей поверхностных волн. Переизлучающая решетка преобразователей поверхностных волн обеспечивает излучение акустической волны в нулевом порядке дифракции для соответствующего угла локации.
Считывающие преобразователи поверхностных волн расположены под углами, обеспечивающими формирование максимального отклика в направлении дифракционного максимума нулевого порядка переизлучающей решетки преобразователей поверхностных волн для соответствующих углов локации. Сигнал, снимаемый с выходов линейной антенной решетки, после преобразования частоты, поступает на переизлучающую решетку поверхностных акустических волн, которая преобразует его в поверхностную акустическую волну. Преобразователь частоты позволяет понизить частоту принимаемого линейной антенной решеткой сигнала. Считывающие преобразователи поверхностных волн осуществляют регистрацию и преобразование принятых волн в сигнал.
Недостатком этого устройства является узкая полоса пропускания. Основной задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства пространственной обработки.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной полезной модели, является расширение полосы пропускания устройства пространственной обработки.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве пространственной обработки сигналов, содержащем линейную антенную решетку, преобразователь частоты с гетеродином, переизлучающую решетку преобразователей поверхностных волн и считывающие преобразователи поверхностных волн, расположенные на акустоэлектронной подложке, при этом входы преобразователя частоты подключены к выходам линейной антенной решетки, а выходы преобразователя частоты соединены с переизлучающей решеткой преобразователей поверхностных волн, причем переизлучающая решетка преобразователей поверхностных волн преобразует электрические сигналы в поверхностную акустическую волну, которая распространяется в акустоэлектронной подложке, при этом считывающие преобразователи проверхностных волн осуществляют регистрацию поверхностных акустических волн и их преобразование в электрические сигналы, считывающие преобразователи поверхностных волн выполнены в виде дифракционных решеток с различным шагом, расположенных под углами, обеспечивающими формирование дифракционных максимумов первого порядка в направлениях дифракционных максимумов ненулевого порядка преизлучающей решетки преобразователей поверхностных волн для соответствующих углов локации.
Поставленный технический результат достигается за счет использования дифракционных максимумов первого порядка считывающей решетки, угловое направление которых зависит от частоты сигнала, обеспечивающих компенсацию изменения угла распространения переизлученной волны.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков заявленного объекта «Устройство пространственной обработки сигналов», отсутствуют, следовательно, заявленная полезная модель отвечает критерию «новизна».
Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной полезной модели показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображена структурная схема устройства пространственной обработки сигналов.
Устройство пространственной обработки сигналов содержит линейную антенную решетку 1, преобразователь частоты 2 с гетеродином 3, переизлучающую решетку преобразователей поверхностных волн 4 и считывающующие преобразователи поверхностных волн 5, акустоэлектронную подложку 6. Выходы линейной антенной решетки 1 соединены с входами преобразователя частоты 2. Выходы преобразователя частоты 2 соединены с переизлучающей решеткой преобразователей поверхностных волн 4, расположенных на поверхности акустоэлектронной подложки 6. Считывающие преобразователи поверхностных волн 5 выполнены в виде дифракционных решеток, расположенных под углами, обеспечивающими формирование дифракционных максимумов первого порядка в направлениях дифракционных максимумов ненулевого порядка переизлучающей решетки преобразователей поверхностных волн для соответствующих углов локации.
Линейная антенная решетка 1 состоит из приемных элементов, расположенных вдоль линии на равном расстоянии друг от друга [1].
Преобразователь частоты 2 и гетеродин 3 могут быть выполнены, например, на элементной базе, выпускаемой компанией Analog Devices [2].
Переизлучающая решетка преобразователей поверхностных волн 4 и считывающие преобразователи 5 представляют собой решетки встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн, нанесенных на поверхность акустоэлектронной подложки 6 [3].
Устройство пространственной обработки сигналов работает следующим образом. Плоская электромагнитная волна поступает на линейную антенную решетку 1. На выходах линейной антенной решетки 1 возникают электрические сигналы, которые поступают на входы преобразователя частоты 2. Преобразователь частоты 2 с гетеродином 3 обеспечивает параллельное преобразование частоты сигналов, поступающих с выходов линейной антенной решетки 1. Гетеродин 3 формирует опорный сигнал в виде гармонического напряжения постоянной частоты выше или ниже частоты принимаемого линейной антенной решеткой 1 сигнала. На входах преобразователя частоты 2 образуются сигналы, в которых сохраняется по модулю то же амплитудно-фазовое распределение, что и в сигналах принятых линейной антенной решеткой, но осуществляется понижение их частоты. С выходов преобразователя частоты 2 сигналы поступают на переизлучающую решетку преобразователей поверхностных волн 4. Переизлучающая решетка преобразователей поверхностных волн 4 преобразует электрические сигналы в поверхностную акустическую волну, которая распространяется в акустоэлектронной подложке 6. Считывающие преобразователи поверхностных волн 5 осуществляют регистрацию поверхностных акустических волн и их преобразование в электрические сигналы.
Если плоская электромагнитная волна падает на линейную антенную решетку 1 под углом α, то переизлучающая решетка поверхностных волн 4 в дифракционном максимуме i-ого порядка излучит поверхностную акустическую волну в направлении :
,
где d и d′ - шаг линейной антенной решетки и шаг переизлучающей решетки преобразователей поверхностных волн, ω и ω' - частота сигнала в пространстве объектов и на выходе преобразователя частоты, λ′ - длина поверхностной акустической волны, υ и υ′ - скорость распространения электромагнитной волны в пространстве объектов и скорость распространения поверхностной акустической волны, i - порядок дифракционного максимума переизлучающей решетки преобразователей поверхностных волн, определяемый выражением:
,
max
max
0
0
0
где 2α - сектор обзора линейной антенной решетки, ω и ω - максимальная и центральная частота электромагнитной волны, λ - длина электромагнитной волны, ω′ - центральная частота сигнала на выходе преобразователя частоты.
Поверхностная волна регистрируется считывающими преобразователями, которые расположены под углами φ к волновому фронту:
.
Максимальный отклик формируется на одном из выходов считывающих преобразователей, соответствующим направлению локации α. При этом распределение сигналов по считывающим преобразователям не зависит от частоты принимаемого сигнала, а определяется направлением локации. Далее полученный электрический сигнал поступает на многоканальное устройство (на рисунке не указано) для последующей временной обработки.
Таким образом, предложенное устройство пространственной обработки сигналов позволяет обрабатывать широкополосные сигналы линейной антенной решетки, что существенно расширяет его функциональные возможности.
Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявленной полезной модели, следует отметить дополнительный технический результат, а именно значительное уменьшение габаритов устройства. Предложенное устройство пространственной обработки сигналов в сравнении с устройством параллельной обработки сигналов позволяет уменьшить габариты устройства обработки широкополосных сигналов линейной антенной решетки за счет использования одного устройства вместо N узкополосных блоков обработки.
Сопоставление параметров, характеризующих заявляемую полезную модель, и прототипа позволяет сделать вывод, что заявляемая полезная модель позволяет обеспечивать обработку широкополосных сигналов линейной антенной решетки.
Источники информации
1. Антенные решетки. /Под ред. Л.С. Бененсона; М.: Сов. Радио, 1966 г. 368 с.
2. Каталог продукции Analog Devices [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.analog.com/ru/index.html
3. Акустоэлектронные устройства обработки гидроакустических сигналов/ Рогачев В.И., Петров П.Н., Кравец B.C., Кулаков С.В. СПб. Судостроение, 1993. 184 с.