СПОСОБ АДАПТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ
METHOD FOR ADAPTIVE MEASUREMENT OF ANGULAR COORDINATES

Предлагаемый способ относится к области радиотехники, конкретно к радиолокационным измерениям, и может использоваться в радиолокации для определения угловых координат объектов наблюдения моноимпульсными измерителями в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, влияющих на форму и положение главного максимума диаграммы направленности антенны в виде 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»; дискретно управляемый 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.
В состав амплитудного суммарно-разностного моноимпульсного измерителя угловых координат входят угловой датчик (антенная система - АФАР), формирующий сигналы, в соотношениях параметров которых содержится информация об угловом положении цели; преобразователь информации, осуществляющий преобразование соотношений параметров сигналов (суммарно-разностный преобразователь, в качестве которого обычно применяется кольцевой волноводный мост или двойной волноводный тройник); угловой дискриминатор, выделяющий вещественную функцию отношения параметров сигналов, однозначно связанную с углом прихода отраженного сигнала, и состоящий из суммарного и разностного приемных каналов, схемы автоматической регулировки усиления (АРУ) и фазового детектора (Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1984. - Стр. 11-13).
Известен способ адаптивного измерения угловых координат, заключающийся в том, что погрешности установки луча фазированной антенной решетки (ФАР) в требуемые угловые положения, используемые с обратным знаком для коррекции положения нуля, хранящейся в запоминающем устройстве пеленгационной характеристики измерителя, рассчитываются вычислительным устройством на основе поступающей от младших разрядов устройств управления фазовращателями информации о погрешностях установки фазовращателей в состояния, соответствующие требуемым угловым положениям луча (пат. США 3.482.244, МКИ Н04В 7/02).
Недостатком способа является то, что он обеспечивает компенсацию погрешностей измерений, обусловленных лишь дискретным характером управления фазой тока возбуждения излучателей антенной решетки. Однако в условиях воздействия на раскрыв антенной решетки совокупности дестабилизирующих факторов точность измерения угловых координат при реализации данного способа значительно снижается, что сужает его область применения.
Известен способ адаптивного измерения угловых координат, заключающийся в том, что определяемая при юстировке антенны скорректированная пеленгационная характеристика измерителя в виде таблицы хранится в запоминающем устройстве, кроме того, с учетом данных системы встроенного контроля о техническом состоянии элементов ФАР рассчитывается пеленгационная характеристика для каждого углового положения луча антенны, заносится в запоминающее устройство в виде таблицы, обновляемой при изменении технического состояния элементов ФАР, и используется при очередном зондировании данного углового направления, если техническое состояние элементов ФАР не изменилось. Кроме того, для каждого углового положения луча антенны по пеленгационной характеристике измерителя определяется диапазон однозначного отсчета угловых координат, который хранится в запоминающем устройстве и учитывается при определении направления очередного зондирования (пат. RU 2172964, МКИ 7 G01S 13/66, 7/36, 7/40).
Недостатком данного способа является то, что он не учитывает изменение пеленгационной характеристики в условиях воздействия на раскрыв антенной решетки совокупности дестабилизирующих факторов, к которым относятся температурный и технологический разброс характеристик фазовращателей ППМ, дискретный характер управления лучом, изменения частоты излучения, а также изменения геометрических характеристик антенной решетки.
Это приводит к значительному снижению точности определения угловых координат.
Наиболее близким, по сущности, является способ адаптивного измерения угловых координат, заключающийся в том, что рассчитанная вычислительным устройством с учетом данных от системы встроенного контроля о техническом состоянии фазовращателей ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР, об изменении геометрических характеристик АФАР, о рабочей температуре и частоте излучения, о дискретности управления фазой, производственном разбросе, температурной и частотной зависимости характеристик фазовращателей ППМ, а также о допустимых значениях изменений геометрических характеристик АФАР, рабочей температуры и частоты излучения, которые хранятся в блоке памяти системы встроенного контроля, пеленгационная характеристика измерителя угловых координат для каждого углового положения луча АФАР хранится в запоминающем устройстве в виде таблицы, обновляется при изменениях технического состояния фазовращателей ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР, а также при превышении изменений геометрических характеристик АФАР, рабочей температуры и частоты излучения установленных значений, и используется при очередном зондировании данного углового положения, если не изменилось техническое состояние фазовращателей ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР, а также не изменились геометрические характеристики АФАР, рабочая температура и частота излучения более установленных значений, для чего все данные системы встроенного контроля во входящем в ее состав преобразователе преобразуются в цифровой код и рассчитываются реальные значения амплитуды А(m, n) и фазы Ф(m, n) токов возбуждения для каждого из m×n излучателей АФАР, где m и n номер строки и столбца элемента АФАР соответственно, которые поступают в вычислительное устройство для расчета пеленгационной характеристики измерителя угловых координат, по которой определяют угловые координаты объекта наблюдения (пат. RU 2331902, МПК G01S 13/44, 7/36, 7/40).
Недостатком данного способа является то, что он не учитывает изменение пеленгационной характеристики моноимпульсного измерителя при изменении коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов и многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ АФАР, а также при изменении коэффициентов передачи и вносимых фазовых сдвигов суммарного и разностного приемных каналов углового дискриминатора, вызванных изменением их технического состояния. Кроме того, не учитываются изменения углового положения полотна антенны, вызванные ветровыми нагрузками и (или) траекторными нестабильностями носителя радиолокационной станции (РЛС). Это приводит к значительному снижению точности определения угловых координат и сужению области применения адаптивного измерителя.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения угловых координат и расширение области применения.
Поставленная цель достигается тем, что угловые координаты объекта наблюдения определяют по пеленгационной характеристике моноимпульсного измерителя угловых координат, рассчитанной вычислительным устройством для каждого углового положения луча АФАР с учетом данных от системы встроенного контроля о техническом состоянии фазовращателей ее ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР, об изменении геометрических характеристик АФАР, о рабочей температуре и частоте излучения, а также данных о дискретности управления фазой, о производственном разбросе, температурной и частотной зависимости характеристик фазовращателей ППМ, о допустимых значениях изменений геометрических характеристик АФАР, рабочей температуры и частоты излучения, которые хранятся в блоке памяти системы встроенного контроля, причем обновление пеленгационной характеристики измерителя угловых координат, хранящейся в запоминающем устройстве в виде таблицы, происходит при изменении технического состояния фазовращателей ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР, а также при превышении изменений геометрических характеристик АФАР, рабочей температуры и частоты излучения установленных значений и используется при очередном зондировании данного углового положения, если не изменилось техническое состояние фазовращателей ППМ и соединенных с ними излучателей АФАР, а также не изменились геометрические характеристики АФАР, рабочая температура и частота излучения более установленных значений, для чего все данные, поступающие в вычислительное устройство от системы встроенного контроля, во входящем в ее состав преобразователе преобразуются в цифровой код и рассчитываются реальные значения амплитуды А(m, n) и фазы Ф(m, n) токов возбуждения для каждого из m×n излучателей АФАР, где m и n номер строки и столбца элемента АФАР соответственно, отличающийся тем, что от системы встроенного контроля на вычислительное устройство поступают также данные о коэффициентах передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного приемных каналов углового дискриминатора и о вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигах, о допустимых значениях изменений коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного приемных каналов углового дискриминатора и данные о допустимых значениях изменений, вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигов, а также о допустимых значениях угловых смещений полотна АФАР, которые хранятся в блоке памяти системы встроенного контроля, а поступающие от блока навигации данные об угловых смещениях полотна АФАР во входящем в состав системы встроенного контроля преобразователе оцифровываются и поступают в вычислительное устройство, где учитываются при определении величины смещения пеленгационной характеристики, причем обновление пеленгационной характеристики измерителя угловых координат, хранящейся в запоминающем устройстве в виде таблицы, осуществляется также при превышении допустимых значений изменений коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного каналов углового дискриминатора, при превышении допустимых значений изменений, вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигов, и допустимых значений углового смещения полотна АФАР.
По поступающим от системы встроенного контроля данным о коэффициентах передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного приемных каналов углового дискриминатора и о вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигах, а также данным от блока навигации об угловых смещениях полотна АФАР, во входящем в состав системы встроенного контроля преобразователе, на основе хранящихся в блоке памяти допустимых значениях изменений коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного каналов углового дискриминатора, а также допустимых значений изменений, вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигов, и допустимых значений углового смещения полотна АФАР, оценивается необходимость коррекции пеленгационной характеристики, хранящейся в запоминающем устройстве в виде таблицы, при проведении которой эти данные поступают в вычислительное устройство для проведения расчетов.
Таким образом, предлагаемый способ характеризуется следующими отличительными признаками по сравнению с прототипом: расчет пеленгационной характеристики осуществляется с учетом данных об изменении коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного приемных каналов углового дискриминатора и о вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигах, а также данных об угловом смещении полотна АФАР.
Допустимыми значениями изменений коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного каналов углового дискриминатора, а также допустимыми значениями изменений вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигов и допустимым значением углового смещения полотна АФАР являются те, в результате которых погрешности измерения угловых координат не превышают требуемых значений. Определение допустимых значений указанных параметров осуществляется на основе моделирования и заносится в блок памяти блока встроенного контроля до начала функционирования измерителя.
Выполнение указанных операций позволяет повысить точность измерения угловых координат в условиях воздействия совокупности дестабилизирующих факторов и расширить тем самым область применения способа-прототипа.
На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где 1 - система встроенного контроля, 2 - блок контроля технического состояния, 3 - блок контроля геометрически характеристик, 4 - блок памяти, 5 - преобразователь, 6 и 7 - датчики температуры и частоты излучения соответственно, 8 - измеритель амплитуд и фаз, 9 - АФАР, 10 - ППМ, 11 - суммарно-разностный преобразователь, 12 - угловой дискриминатор, 13 и 14 - суммарный и разностный приемные каналы углового дискриминатора соответственно, 15 - зонд, 16 - вычислительное устройство, 17 - запоминающее устройство, 18 - блок навигации, 19 - генератор СВЧ передающей системы, 20 - фазовый детектор, 21 - схема АРУ.
На фиг. 2 в качестве примера изображена структурная схема ППМ (аналогичная схема приведена в статье А.М. 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 переключатель «прием-передача» 22; многокаскадный усилитель мощности 23; малошумящий усилитель с защитным устройством 24; дискретно управляемый фазовращатель 25; многоступенчатый управляемый аттенюатор 26.
В результате выхода из строя элементов АФАР нарушается амплитудно-фазовое распределение токов возбуждения ее излучающих элементов, появляются искажения диаграммы направленности АФАР и пеленгационной характеристики измерителя, влекущие за собой погрешности измерения угловых координат объекта наблюдения.
Погрешности измерений угловых координат, обусловленные изменениями геометрических характеристик АФАР и ее угловым смещением, являются систематическими и зависят от величины и направления взаимного смещения излучателей АФАР, а также углового смещения полотна.
Технологический разброс характеристик фазовращателей АФАР, как правило, не выходит за пределы ±Δϕ/2 (Δϕ - дискрет переключения состояний фазовращателей ППМ АФАР). Расширение диапазонов рабочих температур и частот приводит к увеличению разброса характеристик фазовращателей, а следовательно, и к повышению погрешностей установки луча АФАР. При этом допустимыми значениями изменений температуры, частоты и геометрических характеристик являются те, в результате которых фазовое распределение токов возбуждения излучающих элементов АФАР не отличается от требуемого на величину ±Δϕ/2.
Изменение коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного каналов углового дискриминатора, а также изменение вносимых этими каналами фазовых сдвигов приведет к изменению пеленгационной характеристики и повышению погрешностей измерения угловых координат объектов наблюдения.
Измерение угловых координат объекта наблюдения по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.
1
2
На основе данных от системы встроенного контроля о техническом состоянии элементов АФАР, об изменении ее геометрических характеристик, рабочей температуры и частоты излучения, данных о дискретности управления фазой, о производственном разбросе характеристик фазовращателей ППМ, данных об изменении коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ и многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного приемных каналов углового дискриминатора, данных об изменении вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигах и данных об угловом смещении полотна АФАР, поступающих от блока навигации, а также данных о допустимых значениях изменений температуры, частоты и геометрических характеристиках АФАР, температурной и частотной зависимости характеристик фазовращателей ППМ, о допустимых значениях изменений коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного и разностного приемных каналов углового дискриминатора и данных о допустимых значениях изменений, вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигов, а также о допустимых значениях углового смещения полотна АФАР, которые хранятся в блоке памяти системы встроенного контроля, для заданного углового направления луча АФАР Θ рассчитываются две перекрещивающиеся в направлении Θ диаграммы направленности антенны F(Θ+γ/2) и F(Θ-γ/2), разнесенные на угол ±γ/2 от равносигнального направления, которые характеризуют сигналы, поступающие на входы суммарно-разностного преобразователя, на суммарном и разностном выходах которого будут иметь место сигналы, описываемые следующими диаграммами:
1
2
1
2
Fc(Θ)=F(Θ+γ/2)+F(Θ-γ/2) и Fp(Θ)=F(Θ+γ/2)-F(Θ-γ/2).
По данным о суммарной Fc(Θ) и разностной Fp(Θ) диаграммам направленности на основе денных о вносимых суммарным и разностным приемными каналами углового дискриминатора фазовых сдвигах и их коэффициентах передачи и с учетом работы схемы АРУ и фазового детектора строится пеленгационная характеристика измерителя S(Θ), определяемая в соответствии с известным выражением (Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и связь. - 1984. - С. 70).
фд
с
р
с
р
где K - коэффициент передачи фазового детектора; K и K - коэффициенты передачи суммарного и разностного каналов углового дискриминатора; ϕ и ϕ - вносимые суммарным и разностным каналами углового дискриминатора фазовые сдвиги; Θ - угловые координаты требуемого углового положения луча АФАР (определяемые относительно нормали к плоскости антенной решетки, установленной из ее геометрического центра); μ - крутизна пеленгационной характеристики, т.е. тангенс угла ее наклона μ=Fp(Θ)/Fc(Θ).
см
ОН
Используя данные о угловом смещении полотна АФАР, поступающем от блока навигации, и данные о величине Θ, код которой поступает на вход вычислительного устройства 16 от блока управления РЛС (БУ РЛС), рассчитывается величина смещения нуля пеленгационной характеристики Θ, на которую также влияет и техническое состояние ППМ и приемных каналов углового дискриминатора. По пеленгационной характеристике определяется отклонение объекта наблюдения от равносигнального направления α. С выхода вычислительного устройства снимается угловая координата объекта наблюдения Θ определяемая как
Построение пеленгационной характеристики осуществляется в следующей последовательности.
Диаграммы направленности антенны рассчитываются на основе известного выражения
где M, N - количество строк и столбцов АФАР соответственно; m, n - номер строки и столбца антенной решетки соответственно (m=1, М; n=1, N); А(m, n) - амплитуда тока возбуждения mn-го излучателя антенной решетки; ϕ(m, n) - фаза тока возбуждения m,n-го излучателя антенной решетки (для выбранного направления излучения); Θ - угловые координаты требуемого углового положения луча (определяемые относительно нормали к плоскости антенной решетки, установленной из ее геометрического центра); Q - угловые координаты точки диаграммы направленности, в которой рассчитывается нормированное значение уровня сигнала, принимаемого (излучаемого) антенной решеткой.
Определение направления главного максимума диаграммы направленности осуществляется с помощью метода золотого сечения (Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. - М.: Высш. шк., 1990. - С. 372-373).
np
Подставляемое в выражение (3) при расчетах диаграмм направленности F(Θ, Q) на прием значение амплитуды А(m, n) определяется на основе данных о контроле значений коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ и многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ и формировании матрицы погрешностей амплитудного распределения на выходах m×n ППМ при работе АФАР на прием для i-го номера состояния излучателей АФАР
mp
i
как разность между требуемым значением в соответствии законом распределения амплитуд, принятым в используемой АФАР А(m, n) и ∂A(m, n)
i
ui
yc
am
ui
mp
yc
mp
am
mp
ui
yc
ат
ui
mp
yc
mp
am
mp
где ∂A(m, n)=[К(m, n)К(m, n)К(m, n)]/[К(m, n)К(m, n)К (m, n)]; К(m, n), К(m, n), К(m, n) и К(m, n), К(m, n), К(m, n) - измеренные и требуемые значения коэффициентов передачи m, n излучателей АФАР, малошумящих усилителей приемных каналов и многоступенчатых управляемых аттенюаторов m, n-ых ППМ соответственно.
ui
ус
am
Для определения параметров К(m, n), К(m, n), К(m, n) может быть использован один из известных способов дифференциального СВЧ-контроля характеристик АФАР, описанный в книге Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова (М.: Радиотехника. - 2004. С. 387-396), либо способ встроенного контроля характеристик АФАР в соответствии с пат. RU 2511032, МКИ G01R 29/10.
Значение фазы тока возбуждения m,n-го излучателя АФАР ϕ(m, n), подставляемое в выражение (3), представляет собой следующую сумму:
упр
Р-1
где ϕ(m, n) - фазовое состояние исправного фазовращателя m, n-го ППМ АФАР, в которое он устанавливается по команде от блока управления амплитудно-фазовым распределением (БУ АФР) в соответствии с заданным направлением излучения Θ, L - номер дискретного состояния фазовращателя (L=0, 1, 2, … 2); p - число разрядов фазовращателя;
нач
тр
a
а
где ϕ(m, n) - начальное фазовое распределение, которое может быть нелинейной или случайной функцией координат излучателей; Δϕ - дискрет управления фазой; Ent{} - определение целой части числа ; ϕ(m, n) - требуемая фаза тока возбуждения m, n-го излучателя АФАР для заданного положения луча, определяемая в соответствии с выражением
x
y
х
у
p
погр
G
L
L
где d и d - расстояния между излучателями АФАР по оси X и Y соответственно; cos θ и cos θ - направляющие косинусы главного максимума диаграммы направленности АФАР; k=2π/λ - волновое число; λ - рабочая длина волны РЛС; ϕ(m, n) и ϕ(m, n) - производственный температурный и частотный разброс характеристик фазовращателя mn-го ППМ и погрешность установки его состояния, обусловленная отказами переключающих элементов, которые определяются путем контроля характеристик АФАР; ϕ(m, n) - погрешность, обусловленная изменением геометрических характеристик АФАР.
1
2
см
с
р
с
р
0
0
см
По полученным значениям F(Θ) и F(Θ) с учетом углового смещения полотна АФАР Θ, коэффициентов передачи суммарного и разностного каналов (K и K), а также вносимых ими и фазовых сдвигов (ϕ и ϕ) в соответствии с выражением (1) строится пеленгационная характеристика, которая представляет собой таблицу зависимости выходного параметра измерителя угловых координат от углового отклонения объекта наблюдения «относительно равносигнального направления Θ: S(Θ+α+Θ).
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит в своем составе систему встроенного контроля 1 (фиг. 1), состоящую из блока контроля технического состояния 2, на вход которого подаются сигналы от ППМ 10 АФАР 9, блока контроля геометрически характеристик 3, блока памяти 4, преобразователя 5, датчиков температуры 6 и частоты излучения 7, измерителя амплитуд и фаз 8. Выходные сигналы ППМ 10 поступают на суммарно-разностный преобразователь 11, суммарный и разностный выходы которого связаны с соответствующими входами суммарного 13 и разностного 14 приемных каналов углового дискриминатора 12. Входы и выходы приемных каналов 13 и 14 углового дискриминатора 12 связаны с входами измерителя амплитуд и фаз 8. Кроме того, в состав углового дискриминатора входит фазовый детектор 20, на входы которого поступают выходные сигналы приемных каналов 13 и 14, а выход является информационным выходом углового дискриминатора, схема АРУ 21, выходы которой связаны с управляющими входами приемных каналов 13 и 14, а вход - с выходом суммарного канала 13.
см
np
с
р
с
р
Информационный выход углового дискриминатора 12 (выход фазового детектора 20) оцифрован и связан с входом вычислительного устройства 16, на другие входы которого поступает информация от запоминающего устройства 17 (пеленгационная характеристика измерителя, устанавливающая однозначное соответствие между напряжением на выходе углового дискриминатора и угловым смещением объекта наблюдения относительно равносигнального направления), блока навигации 18 (угловое смещение полотна АФАР Θ), системы встроенного контроля 1 (реальные значения амплитуды и фазы на выходах ППМ 10 А(m, n) и ϕ(m, n) а также коэффициентов передачи суммарного и разностного каналов K и K и вносимых ими фазовых сдвигов ϕ и ϕ, определяемые по результатам оценки их реакций на пилот-сигнал, формируемый генератором СВЧ 19 передающей системы и возбуждающий полотно АФАР с помощью зонда 15) и от блока управления РЛС (требуемое угловое положение луча АФАР Θ).
0
см
С выхода вычислительного устройства снимается информация об угловом положении объекта наблюдения Θ+α+Θ.
В штатном режиме работы РЛС на систему встроенного контроля поступают сигналы от блока навигации 18, от ППМ 10 АФАР, датчиков температуры 6 и частоты излучения 7, а также амплитуды и фазы входных и выходных сигналов суммарного 13 и разностного 14 приемных каналов углового дискриминатора 12. В блоке контроля технического состояния 2 производится идентификация технического состояния фазовращателей ППМ 10 и излучателей АФАР 9. Блок может быть реализован на основе одного из известных устройств (пат. США 4926186, МКИ G01R 29/08; а.с. СССР 1781641 А1, МКИ G01R 29/10).
Блок контроля технического состояния 2, после установки ППМ 10 в состояния в соответствии с командами блока управления амплитудно-фазовым распределением (БУ АФР - фиг. 1), осуществляет контроль состояний переключающих элементов фазовращателей ППМ и сравнивает их с рассчитанными в блоке 4. При несоответствии реального состояния рассчитанному, на основе анализа реального состояния, выдается информация на вычислительное устройство 16 о характере отказа. Функция блока 2 контроля технического состояния - контроль переключающих элементов фазовращателей ППМ - может быть реализована в виде одного из устройств: а.с. СССР 1781641, МКИ G01R 29/10); а.с. СССР 275531, МКИ G01R 29/10; а.с. СССР 3212321, МКИ G01R 29/10); пат. США 4005361, МКИ G01R 31/02); пат. ФРГ 2542435, МКИ H01Q 3/26, G01R 2/28).
Информация от блока 2 поступает на преобразователь 5 и далее на вычислительное устройство 16 в цифровом виде.
Измеритель амплитуд и фаз 8 осуществляет измерение амплитуды и фазы входных и выходных сигналов суммарного 13 и разностного 14 приемных каналов углового дискриминатора 12, при подаче пилот-сигнала на излучатели АФАР 9. Кроме того, в соответствии со способом встроенного контроля характеристик АФАР (патент RU 2511032, МКИ G01R 29/10), выходные сигналы, поступающие от суммарно-разностного преобразователя 11 при возбуждении излучателей АФАР 9 пилот-сигналом от генератора 19, используются для контроля коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов 24 ППМ 10 и многоступенчатых аттенюаторов 26 ППМ 10 (фиг 2.). Информация от измерителя 8 поступает на преобразователь 5 и далее на вычислительное устройство 16 в цифровом виде.
Блок контроля геометрических характеристик, в зависимости от величины взаимного смещения излучательных элементов АФАР, формирует данные о реальном значении фазового сдвига для каждого элемента АФАР. Блок может быть реализован на основе одного из известных устройств, приведенных в статье Ю.А. Шишова, A.M. Голика и др. Адаптация управления ФАР по результатам встроенного контроля // Зарубежная радиоэлектроника. - 1990. - №9. - С. 69-89 и пат. США 4578680, МКИ H01Q 3/36).
0
см
Преобразователь 6 представляет собой арифметико-логическое устройство, которое преобразует поступающие на его входы данные в цифровой код. В том случае, если изменения геометрических характеристик АФАР, рабочей температуры или частоты излучения, изменения коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ, многоступенчатых управляемых аттенюаторов ППМ, суммарного 13 и разностного 14 приемных каналов углового дискриминатора и о вносимых ими фазовых сдвигов, либо о допустимых значениях угловых, смещений полотна АФАР, превысили свои допустимые значения, хранящиеся в блоке памяти 4, преобразователь выявляет эти различия и рассчитывает реальные значения амплитуды и фазы сигналов на выходах каждого ППМ 10 с последующей их передачей в вычислительное устройство 16, которое на основании полученных данных о требуемом угловом положении луча АФАР Θ и данных от углового дискриминатора производит расчет пеленгационной характеристики измерителя угловых координат S(Θ+α+Θ).
Применение предложенного способа позволит значительно повысить точность измерения угловых координат в условиях воздействия совокупности дестабилизирующих факторов.
Для оценки эффективности предлагаемого способа проводилось статистическое моделирования 50-элементной линейной эквидистантной АФАР, трехразрядные фазовращатели которой имеют производственный разброс ±22,5° (±Δϕ/2). Разброс характеристик фазовращателей ППМ вследствие расширения диапазонов рабочих температур и частот принимался равным ±Δϕ, изменения амплитуд сигналов на выходе ППМ, обусловленные неидентичностью коэффициентов передачи малошумящих усилителей приемных каналов ППМ и многоступенчатых управляемых аттенюаторов, не превышали 10%. Изменения амплитуд сигналов на выходе приемных каналов углового дискриминатора, обусловленные неидентичностью коэффициентов их передачи, не превышали 10%, вносимые искажения фазовых сдвигов, определяемые с помощью анализатора амплитуд и фаз 8, составили 5%. Величина углового смещения полотна АФАР не превышала половины ширины ее диаграммы направленности. Требования к точностным характеристикам блока навигации предъявлялись в соответствии с известной методикой (Габдулин М.А., Голик A.M. Методика обоснования требований к элементам системы обеспечения устойчивости функционирования многофункциональной РЛС, установленной на воздушном носителе / М.: Вопросы оборонной техники. - Серия 16. Технические средства противодействия терроризму. - Вып. 1-2. - 2014. - С. 102-109).
Учет влияния погрешностей реализации АФР на точность определения угловых координат производился в соответствии с выражением
2
2
α рсн
α пр
где σ - дисперсия, характеризующая случайную составляющую погрешности оценки определения равносигнального направления измерителя с АФАР, σ - дисперсия, характеризующая погрешности измерения угловых координат, обусловленные шумами приемника.
Для моноимпульсного метода измерения угловых координат
0.5
с
ш
где Θ - ширина диаграммы направленности АФАР; P/P - отношение сигнал/шум на входе измерителя; γ - коэффициент, учитывающий потери за счет технического состояния АФАР (снижение уровня диаграммы направленности, снижение коэффициентов передачи приемных каналов углового дискриминатора).
Результаты моделирования показали, что предлагаемый способ позволяет практически полностью учитывать погрешности определения угловых координат, вызванные смещением полотна АФАР, и компенсировать погрешности, обусловленные воздействием на АФАР совокупности дестабилизирующих факторов. Имеющие место ошибки определения угловых координат, обусловленные неидентичностью характеристик приемных каналов углового дискриминатора и вносимых ими фазовых сдвигов, способ позволяет учитывать при построении реальной пеленгационной характеристики на основе данных о их реакциях на формируемый генератором 19 пилот-сигнал. Имеющие место нескомпенсированные погрешности определения угловых координат обусловлены шумами приемника. При воздействии совокупности дестабилизирующих факторов, а также наличии нестабильностей в работе усилителей и аттенюаторов приемных каналов ППМ и приемных каналов углового дискриминатора предлагаемый способ позволяет повысить точность определения угловых координат на 15% по сравнению с прототипом, а с учетом смещений полотна АФАР - на 25%.