УСТРОЙСТВО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в качестве устройства обработки сигналов кольцевых антенных решеток в радиолокации.
Известно устройство «Многоканальный пеленгатор» (патент РФ №2096797, 20.11.97, МПК G01S 3/14, G01S 3/74), содержащее кольцевую антенную решетку, коммутатор, приемник с гетеродином, аналого-цифровые преобразователи, блоки преобразования Фурье, вычислитель пеленга. Вход приемника посредством коммутатора подсоединен к выходам кольцевой антенной решетки. Выходы приемника через аналого-цифровые преобразователи соединены с входами блоков преобразования Фурье, выходы которых соединены с входами вычислителя пеленга.
Недостатками этого устройства является последовательное сканирование зоны пространства объектов, что существенно увеличивает время обзора.
Известно «Фидерное устройство диаграммообразования» (Воскресенский Д.И., Степаненко В.И. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. - М., «Радиотехника», 2003 г., с.237-243.), содержащее кольцевую антенную решетку, делители мощности, линии передачи, фазовращатели, коммутаторы. Выходы кольцевой антенной решетки соединены линиями передач с коммутаторами и фазовращателями. Фидерное устройство диаграммообразования может быть параллельным, последовательным или смешанным, в зависимости от последовательности включения фазовращателей и коммутаторов.
Недостатками фидерных устройств является сложность сохранения неизменных характеристик тракта обработки во всем секторе обзора, что требует введения сложных коммутаторов с управляемым коэффициентом
деления, а также большие габариты.
Известно «Устройство пространственного диагараммооборазования», относящееся к антенно-фидерной технике (Воскресенский Д.И., Степаненко В.И. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. - М., «Радиотехника», 2003 г., с.237-243.), содержащее кольцевую антенную решетку, фазовращатели, коммутаторы, вспомогательную и считывающую решетки антенн. Выходы кольцевой антенной решетки через управляемые фазовращатели соединены с входами вспомогательной решетки антенн. Считывающая решетка антенн расположена внутри вспомогательной решетки антенн. Принятый кольцевой антенной решеткой высокочастотный сигнал переизлучается вспомогательной решеткой антенн и регистрируется считывающей решеткой антенн. Поочередная коммутация выходов считывающей решетки антенн обеспечивает пространственную обработку высокочастотных сигналов кольцевой антенной решетки.
Недостатками устройства является последовательный обзор пространства, что увеличивает время получения информации из заданного сектора пространства. К недостаткам также следует отнести большие габариты и громоздкость устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является «Устройство обработки сигналов кольцевой антенной решетки» (Рогачев В.И., Петров П.Н., Кравец B.C., Кулаков С.В. Акустоэлектронные устройства обработки гидроакустических сигналов, СПб.: Судостроение, 1993, с.130.). Устройство содержит кольцевую антенную решетку, преобразователь частоты, гетеродин, акустоэлектронную подложку, переизлучающую и считывающую решетки преобразователей поверхностных волн. Выходы кольцевой антенной решетки соединены с входами преобразователя частоты, а выходы преобразователя частоты соединены с переизлучающей решеткой преобразователей поверхностных волн. Переизлучающая решетка преобразователей поверхностных волн расположена линейно на поверхности акустоэлектронной подложки. Считывающая решетка преобразователей поверхностных волн расположена параллельно переизлучающей. Устройство обеспечивает параллельную пространственную обработку сигналов кольцевой антенной решетки. Сигнал, снимаемый с выходов кольцевой антенной решетки, после преобразования частоты, поступает на переизлучающую решетку поверхностных акустических волн, которая преобразует его в поверхностную акустическую волну. Преобразователь частоты позволяет получить сигнал, с обратным знаком фазовых распределений, что обеспечивает сходящийся волновой фронт поверхностной акустической волны. Считывающая решетка преобразователей поверхностных волн осуществляет регистрацию и преобразование принятой волны в сигнал.
Недостатком известного устройства является ограниченность сектора обзора, в котором может осуществляться пространственная обработка сигналов кольцевой антенной решетки.
Основной задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является уменьшение времени обзора пространства за счет параллельной пространственной обработки сигналов кольцевой антенной решетки.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной полезной модели, является расширение функциональных возможностей устройства пространственной обработки сигналов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве пространственной обработки сигналов, содержащем кольцевую антенную решетку, преобразователь частоты с гетеродином, переизлучающую и считывающую решетки преобразователей поверхностных волн, расположенные на акустоэлектронной подложке, при этом входы преобразователя частоты подключены к выходам кольцевой антенной решетки, а выходы преобразователя частоты соединены с переизлучающей решеткой преобразователей поверхностных волн, которая расположена по окружности, а считывающая решетка преобразователей поверхностных волн расположена по концентрической окружности меньшего радиуса.
Поставленный технический результат достигается за счет одновременной пространственной обработки сигналов, приходящих на кольцевую антенную решетку со всех направлений. Предлагаемая полезная модель обладает круговой симметрией и поэтому инвариантна к направлению прихода сигнала. Многоэлементная считывающая решетка преобразователей поверхностных акустических волн обеспечивает параллельное считывание принятых кольцевой антенной решеткой сигналов со всех направлений.
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 и введены следующие обозначения:
1 - Кольцевая антенная решетка;
2 - Преобразователь частоты;
3 - Гетеродин;
4 - Переизлучающая решетка преобразователей поверхностных волн;
5 - Считывающая решетка преобразователей поверхностных волн;
6 - Акустоэлектронная подложка.
Устройство пространственной обработки сигналов содержит кольцевую антенную решетку 1, преобразователь частоты 2 с гетеродином 3, переизлучающую и считывающую решетки преобразователей поверхностных волн 4 и 5, акустоэлектронную подложку 6. Выходы кольцевой 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. Считывающая решетка преобразователей поверхностных волн 5 расположена по концентрической окружности меньшего радиуса внутри переизлучающей решетки преобразователей поверхностных волн 4.
Кольцевая антенная решетка 1 содержит элементы, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру окружности, максимумы диаграмм направленности которых ориентированы вдоль радиусов от центра [1].
Преобразователь частоты 2 с гетеродином 3 обеспечивает параллельное преобразование частоты сигналов, поступающих с выходов кольцевой антенной решетки 1. Гетеродин 3 формирует опорный сигнал в виде гармонического напряжения постоянной частоты выше частоты принимаемого кольцевой антенной решеткой 1 сигнала.
Преобразователь частоты 2 и гетеродин 3 могут быть выполнены, например, на элементной базе, выпускаемой компанией Analog Devices [2].
Переизлучающая и считывающая решетка преобразователей поверхностных волн 4 и 5 представляют собой решетки встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн, нанесенных на поверхность акустоэлектронной подложки 6 [3].
Устройство пространственной обработки работает следующим образом. Плоская электромагнитная волна поступает на кольцевую антенную решетку 1. На выходах кольцевой антенной решетки 1, соответствующих освещенной стороне, возникают электрические сигналы, которые поступают на входы преобразователя частоты 2. Гетеродин 3 обеспечивает опорный сигнал для преобразователя частоты 2, на выходах которого образуются сигналы разностной частоты. В сигналах с разностной частотой сохраняется по модулю то же амплитудно-фазовое распределение, что и в принятых кольцевой антенной решеткой сигналах, но знак фазового распределения изменяется на обратный. С выходов преобразователя частоты 2 сигналы поступают на переизлучающую решетку преобразователей поверхностных волн 4. За счет расположения переизлучающей решетки преобразователей поверхностных волн 4 по окружности на поверхности акустоэлектронной подложки 6 происходит фокусировка поверхностных волн. Считывающая решетка преобразователей поверхностных волн 5 осуществляет регистрацию поверхностных акустических волн и их преобразование в электрический сигнал. Если плоская электромагнитная волна падает на кольцевую антенную решетку под углом β, то переизлучающая решетка преобразователей поверхностных волн 4 сфокусирует поверхностные акустические волны под углом β в области фокусировки, где расположена считывающая решетка поверхностных волн 5. Далее полученный электрический сигнал поступает на многоканальное устройство (на рисунке не указано) для последующей временной обработки.
Таким образом, предложенное устройство для обработки сигналов антенной решетки позволяет параллельно обрабатывать сигналы кольцевой антенной решетки, поступающие в полном секторе обзора 360°, что 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.
Сопоставление параметров, характеризующих заявляемую полезную модель, и прототипа позволяет сделать вывод, что заявляемая полезная модель позволяет обеспечивать обработку сигналов во всем секторе обзора кольцевой антенной решетки.
Источники информации
1. Бененсон Л.С., Журавлев В.А., Попов С.В., Постов Г.А. 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. Рогачев В.И., Петров П.Н., Кравец B.C., Кулаков С.В.
Акустоэлектронные устройства обработки гидроакустических сигналов, СПб.: Судостроение, 1993, 184 с.