УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАНАЛОВ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
DEVICE FOR MONITORING OF CHANNELS OF PHASED ANTENNA ARRAY

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано в системах контроля РЛС с фазируемыми антенными решетками (ФАР).
Известны способы контроля РЛС с ФАР, позволяющие измерить с высокой точностью параметры каждого канала.
Они описаны в журнале "Электроника", США, 1963 г., №46, стр.12, "Системы контроля параметров фазируемых антенн при помощи ЭВМ", патенте США №3378846, журнале "Вопросы специальной радиотехники" серия РЛТ, №5, 1970 г. "Новые способы контроля амплитудного и фазового распределения в электрически управляемых решетках".
M1
M2
M1
Поставленная цель достигается за счет того, что одновременно модулируют параметры эталонного канала и контролируемого в данный момент канала, причем эталонный канал модулируют с частотой F, а контролируемый канал с частотой F, отличной от F, на выходе приемной ФАР сигналы эталонного и контролируемого каналов одновременно выделяют, отделяют один от другого и непосредственно сравнивают по фазе и амплитуде.
Оценку параметров контролируемого канала производят, как и в прототипе, с учетом параметров эталонного канала, взаимного расположения каналов по апертуре, амплитудного распределения по апертуре, направления на цель и т.д.
M1
M2
С целью уменьшения погрешности контроля за счет нестабильности амплитудно-фазовых характеристик тех узлов, по которым проходят отдельные сигналы контролируемого и эталонного каналов, модулируют с частотой F эталонный канал №1 и с частотой F дополнительный эталонный канал №2 и производят калибровку вышеуказанных узлов с учетом параметров эталонных каналов №1 и №2.
Эту операцию производят перед контролем рабочих каналов.
В результате того, что сигналы эталонного и контролируемого каналов выделяют и сравнивают в одно и то же время, отсутствует погрешность за счет изменения условий распространения радиоволн, расстояния до цели, параметров ФАР и т.д.
На погрешности контроля не сказывается флюктуация отраженного сигнала и вследствие этого отпадает необходимость в накоплении и усреднении данных о параметрах сигнала, уменьшается время контроля.
Поскольку сравнение сигналов эталонного и контролируемого каналов производится непосредственно, то отпадает необходимость в предварительных измерениях амплитуд и фаз сигналов и запоминании их. Это также способствует повышению точности контроля и уменьшению объема используемой для контроля аппаратура. Кроме того, уменьшается объем памяти ЭВМ и упрощаются алгоритмы контроля.
Как показывают эксперимент на макетах, точность контроля амплитудной характеристики контролируемого канала увеличивается в 2 раза, точность контроля фазовой характеристики более чем на 30%, объем контрольной аппаратуры уменьшается более чем в 3 раза, время контроля уменьшается более чем в 10 раз.
Реализация предлагаемого способа контроля иллюстрируется чертежом.
На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - Контрольный ответвитель.
2 - СВЧ усилитель, смеситель и т.д. приемного канала (модуля).
3 - Фазовращатель приемного канала.
4 - Усилители СВЧ мощности передающего канала (модуля).
5 - Фазовращатель передающего канала (модуля).
6 - Устройство суммирования и лучеобразования приемной ФАР.
M1
7 - Генератор модулирующего напряжения частоты F.
M2
8 - Генератор модулирующего напряжения частоты F.
9 - Схемы фазовых детекторов и селективный усилитель.
10 - Переключатели сигнала модуляции.
11 - Устройство автоматической подстройки фазы.
12 - Блок фазовращателей.
M1
13 - Фильтр частоты F.
M2
14 - Фильтр частоты F.
M1
15 - Селективный усилитель частоты F.
16 - Синхронный детектор.
17 - Схемы управления фазовращателями.
18 - Возбудитель ФАР.
19 - Устройство измерения амплитуды и фазы эталонных приемных модулей.
20 - Устройство измерения мощности и фазы сигналов эталонных передающих каналов (модулей).
21 - Контрольный генератор.
22 - Усилитель мощности и устройство разводки передающей ФАР.
M2
23 - Селективный усилитель частоты F.
1
2
n
A, A, …, A - излучатели передавших и приемных каналов.
кэ
дэ
А и А - излучатели эталонных приемных каналов (модулей).
пэ
хэ
А и А - излучатели эталонных передающих каналов (модулей).
Подробное описание
Предлагаемый способ контроля РЛС с ФАР заключается в облучении искусственной или естественной цели, расположенной в зоне обзора РЛС, и приеме отраженного от цели сигнала, измерении параметров эталонных передающих и приемных каналов.
M1
M2
M1
Далее при контроле приемной ФАР модулируют параметры эталонного приемного канала с частотой F и рабочего канала, контролируемого в данный момент канала, с частотой F отличной от частоты F, одновременно выделяют на выходе приемной ФАР промодулированные сигналы эталонного и контролируемого каналов, разделяют эти сигналы один от другого и сравнивают текущие значения этих параметров по фазе и амплитуде с учетом предварительно измеренных параметров эталонного канала.
При контроле передающей ФАР модулируют параметры передающих каналов, а последующее выделение и измерение производят так же, как и в случае контроля приемной ФАР.
M1
M2
Для калибровки (подстройки) измерительных трактов и устройств перед контролем рабочих каналов одновременно с модуляцией параметров эталонного канала с частотой F модулируют еще один эталонный канал с частотой F и по результатам сравнения выделенных сигналов 2-х эталонных каналов с учетом параметров этих каналов производят калибровку.
Рассмотрим более подробно процесс контроля РЛС и ФАР на примере устройства реализующего данный способ контроля. (см. чертеж).
дэ
кэ
пэ
хэ
В состав передающей и приемной ФАР входят по несколько приемных и передающих эталонных модуля (А, А, А, А).
Эталонные модули отличаются от прочих модулей только наличием на входе приемного и выходе передающего модулей контрольных направленных ответвителей (1).
Перед контролем ФАР на вход приемных модулей поочередно подают от специального контрольного генератора (21) сигнал известной амплитуды и фазы и определяют амплитуду и фазу выходного сигнала.
Таким образом с помощью устройства (19) определяют комплексный коэффициент передачи эталонного приемного модуля.
Если измеренный коэффициент передачи в норме, то числовые величины коэффициентов передачи запоминают в устройстве памяти.
1
Например, |K|=K и arg|K|=φ,
В общем эта операция не сложная, так как эталонных модулей всего несколько штук (доли процентов от всего числа модулей).
При проверке передавших эталонных модулей с выхода направленных ответвителей (1) сигналы эталонных модулей при определенном положении фазовращателей этих модулей поочередно подают на измеритель амплитуды и фаза (20).
Измеренные амплитуду и фазу сигналов эталонных каналов запоминают.
Для контроля РЛС с ФАР выбирается одна из целей (самолет, гора, корабль, уголковый отражатель и т.д.) расположенная на сравнительно близком расстоянии.
На эту цель направляется луч, или один из лучей, передающей ФАР и луч, или один из лучей, приемной ФАР. Определяют координаты выбранной цели.
M1
M2
Одновременно модулируют фазовращатели 2-х эталонных передающих модулей с частотами F и F соответственно.
3
4
хэ
пэ
Для модуляции (см. чертеж) с помощью переключателей П и П на фазовращатели передающих модулей А и А подают модулирующие напряжения от модуляторов (7) и (8).
Промодулированные по фазе сигналы эталонных передающих модулей совместно с сигналами других модулей отражаются от цели, попадают на приемную ФАР, и после суммирующей (6) матрицы поступают на схемы фазовых детекторов и селективного усилителя (9).
Одновременно, сигнал суммирующей матрицы (6) поступает в устройство автоматической подстройки фазы (ФАП) (11), где производится подстройка фазы опорного сигнала с возбудителя (18) под фазу сигнала отраженного от цели.
На фазовые детекторы (9) опорное напряжение подается с ФАП (11) через блок плавных фазовращателей (12).
Переменное напряжение со схем фазовых детекторов усиливается в селективном усилителе (9).
M2
M1
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>M</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>M</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
Полоса селективного усилителя несколько больше величины F-F, настроен усилитель на частоту
Усиленный в (9) сигнал поступает на узкополосные фильтры (13) и (14).
M1
M2
Фильтры (13) и (14) разделяют сигналы промодулированные частотами F и F.
Селективные усилители (15) и (23) дополнительно усиливают разделенные сигнала эталонных каналов.
На синхронные детекторы (16) подается опорное напряжение с модуляторов (7) и (8) и напряжение с усилителей (15) и (23).
Постоянное напряжение пропорциональное амплитуде сигналов с выходов детекторов поступает на схемы сравнения в ЭВМ и да схемы управления фазовращателями (17), которые обеспечивают регулировку фаз опорных сигналов схем (9) до получения на детекторах (16) максимальных напряжений.
Со схем (17) выдаются напряжения пропорциональные фазам сигналов эталонных модулей. При сравнении амплитуд сигналов эталонных каналов учитываются полученные ранее значения параметров эталонных каналов, и по этим данным производится калибровка коэффициентов усиления усилителей (15) и (23) или ввод поправок в ЭВМ.
При сравнении фаз сигналов учитывается, кроме данных полученных в устройстве (20), направление на цель и взаимное расположение эталонных модулей по апертуре. Полученные при сравнении данные используются для калибровки фазовращателей или для ввода поправок в ЭВМ.
3
4
пэ
M1
п
M2
По окончанию калибровки с помощью переключателей П и П на фазовращатель передающего модуля А подается с модулятора (7) модулирующее напряжение F и на модуль А или иной модуль с модулятора (8) сигнал F.
пэ
пэ
пэ
п
При сравнении сигналов с детекторов (16) учитывается величина мощности модуля А, а при сравнении пропорциональных фазам напряжений с (17) учитывается фаза модуля А, взаимное расположение модуля А и А (или любого другого) по апертуре и направление на цель.
кэ
дэ
Таким же образом проверяется приемная ФАР. При этом с помощью модуляторов (7) и (8) модулируются фазовращатели А (или А) и любых иных модней.
В зависимости от расстояния до цели, типа цели, условий распространения и т.д. отраженный сигнал может оказаться очень большим и может претерпевать ограничение.
Для повышения точности контроля целесообразно сигнал на выходе приемной ФАР поддерживать сравнительно одинаковым.
Регулировка уровня на выходе приемной ФАР при контроле передающей ФАР обеспечивается за счет отворота диаграммы направленности приемной ФАР от цели, а при контроле приемной ФАР от цели отворачивается диаграмма направленности передающей ФАР.
В зависимости от расстояния до цели, вида цели, боевой обстановки и технического состояния ФАР одновременно может быть осуществлен контроль одного, двух и более модулей, для чего необходимо одновременно модулировать фазовращатели этих модулей.