СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НУЛЕЙ В СУММАРНОЙ И РАЗНОСТНОЙ ДИАГРАММАХ НАПРАВЛЕННОСТИ МОНОИМПУЛЬСНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НУЛЕЙ В СУММАРНОЙ И РАЗНОСТНОЙ ДИАГРАММАХ НАПРАВЛЕННОСТИ МОНОИМПУЛЬСНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК


RU (11) 2120161 (13) C1

(51) 6 H01Q3/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 97101678/09 
(22) Дата подачи заявки: 1997.02.05 
(45) Опубликовано: 1998.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Попов А.С., Кузнецова А.С., Баранов В.М. Особенности формирования нулей в диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток. Зарубежная радиоэлектроника, N 11/12, 1994. 
(71) Заявитель(и): Мануилов Борис Дмитриевич 
(72) Автор(ы): Мануилов Б.Д.; Пугачев В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Мануилов Борис Дмитриевич 

(54) СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НУЛЕЙ В СУММАРНОЙ И РАЗНОСТНОЙ ДИАГРАММАХ НАПРАВЛЕННОСТИ МОНОИМПУЛЬСНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи повышения точности ориентации равносигнального направления при формировании нулей в диаграмме направленности моноимпульсных фазированных антенных решеток. Способ совместного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток, основанный на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на U, где U - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности. Весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равным алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении Uo, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления Uп, из которых две диаграммы направленности ориентированы соответственно в направлениях (Uп+U) и (Uп-U), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2Uo-Uп-U) и (2Uo-Uп+U), причем веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми. 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи повышения точности ориентации равносигнального направления (РСН) при формировании нулей (провалов) в диаграммах направленности (ДН) моноимпульсных фазированных антенных решеток (ФАР).

Известен способ совместного формирования нулей в ДН суммарного и разностного каналов [Попов А.С., Кузнецова А.С., Баранов В.М. Особенности формирования нулей в диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток //"Зарубежная радиоэлектроника", N 11/12, 1994].

Существо известного способа состоит во взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов с одновременных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на U, где U - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности. Недостатком известного способа являются уходы РСН, возникающие при формировании нулей и достигающие десятой доли ширины луча, которые увеличивают ошибку пеленгования объектов.

Предлагаемый способ направлен на устранение данного недостатка. Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг. 1. Фиг. 2 и 3 поясняют механизм формирования нулей в исходной ДН. На фиг. 4 представлены лучи моноимпульсной группы с нулями в направлении помехи.

Рассмотрим существо предлагаемого способа. Как и в прототипе, сигналы, принятые каждым излучателем, взвешивают, разделяют на два канала, суммируют сигналы, полученные с одноименных выходов делителей, с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на U, где U - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, после чего образуют суммарную и разностную диаграммы направленности. Однако в отличие от прототипа весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении Uо, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления Uп, из которых две диаграммы направленности ориентированы соответственно в направлениях (Uп + U) и (Uп - U), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U0 - Uп - U) и (2U0 - Uп + U). При этом веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми. Результирующая диаграмма, сформированная в результате суммирования исходной и четырех компенсирующих диаграмм направленности, имеет нули в направлениях (Uп + U), (Uп - U), (2U0 - Uп - U) и (2U0 - Uп + U). В результате разделения сигналов, принятых каждым излучателем, на два канала и суммирования сигналов, полученных с одноименных выходов делителей, с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, из результирующей диаграммы направленности образуют два луча моноимпульсной группы, в каждом из которых оказывается сформированным нуль в направлении на помеху. А это означает, что нули в направлении на помеху сформируются как в суммарной, так и в разностной диаграммах. Поскольку же значение разностной ДН в направлении U = Uо равно, как будет показано ниже, нулю, смещение РСН при формировании нулей в предлагаемом способе отсутствует.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает - заявленный способ отличается тем, что изменены условия выполнения операции взвешивания: весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении Uо, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления Uп, из которых две диаграммы направленности ориентированы в направлениях (Uп + U) и (Uп - U), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U0 - Uп - U) и (2U0 - Uп + U). При этом веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере одной помехи.

Первый и второй лучи моноимпульсной группы могут быть представлены с помощью функций Котельникова*



* Здесь через U обозначена обобщенная угловая координата

-

где N и x0 - число излучателей и шаг решетки,

- длина волны,

угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву.

Вначале формируют исходную ДН с максимумом в направлении Uо (по обобщенной координате)



затем регистрируют уровни исходной диаграммы направленности в направлениях, отстоящих от направления на помеху Uп в обе стороны на U,

F(Uп + U) = R(Uп + U - U0), (3)

F(Uп - U) = R(Uп - U - U0), (4)

создают четыре дополнительные компенсирующие диаграммы направленности, из которых две диаграммы направленности ориентированы в направлениях **

( ** В формулах (2) - (4) приняты следующие обозначения:



где o - угол ориентации равносигнального направления,

п - угловая координата помехи,

- угол смещения максимумов лучей относительно равносигнального направления)

(Uп + U) и (Uп - U), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2U0 - Uп + U) и (2U0 - Uп + U), причем веса H симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми (см. фиг. 2 и 3):



После смещения лучей на U получим (фиг. 4):





Полагая F1(Uп) = 0, F2(Uп) = 0, получим систему линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными (H1 и H2)

R(Uп - Uo + U) + H111 + H212 = 0, (8)

R(Uп - Uo - U) + H121 + H222 = 0, (9)

где

11 = [R(O) + R( 2Uп - 2Uo + 2U)], (10)

12 = 21 = [R(2U) + R(2Uп - 2Uo)], (11)

22 = [R(O) + R(2Uп - 2Uo - 2U)]. (12)

Решая ее, получим значения весов H1 и H2 компенсирующих ДН:





Комплексные весовые коэффициенты Jn (n = 1,2,...N) сигналов, принятых каждым излучателем, можно найти из соотношений



В (15) приняты обозначения







Величины o , п и имеют смысл сдвига фаз между соседними излучателями, соответствующего пространственному запаздыванию волн, падающих с направлений o , п и соответственно.

Принятая в (15) запись номеров излучателей, как известно, обеспечивает привязку фазы центрального излучателя к нулю.

Аналогичным образом могут быть сформированы решеткой M нулей, причем M (N/2 - 1), где M - количество помех. При этом для нахождения весов компенсирующих диаграмм придется решать систему линейных алгебраических уравнений, матрица которой является квадратной и имеет порядок 2М.

Из (6), (7) при U = Uо с учетом равенства R(x) = R(-x) следует F1(Uо) - F2(Uо) = 0, что свидетельствует об отсутствии смещения РСН.

Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг. 1. Принятые каждым излучателем 1 сигналы взвешиваются с помощью устройств комплексного взвешивания 2 и поступают на входы делителей 3 на два направления. Сигналы с одноименных выходов делителей поступают на входы сумматоров 4 и 5 соответственно через фиксированные фазовращатели 6. При этом на входах сумматора 4 обеспечивается прогрессивный нарастающий, а на входах сумматора 5 - убывающий фазовый сдвиг. В результате на выходах сумматоров 4 и 5 формируются лучи моноимпульсной группы. Если весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбрать в соответствии с выражением (15), а фиксированные фазовращатели 6 исключить, то на выходах сумматоров 4 и 5 будут сформированы одинаковые диаграммы направленности (фиг. 3), максимумы которых ориентированы в направлении обобщенной координаты Uо, а нули - в направлениях (Uп + U), (Uп- U), (2Uo - Uп - U) и (2Uo - Uп + U). Наличие фазовращателей 6 приводит к смещению лучей, сформированных сумматорами 4 и 5, по обобщенной координате соответственно на U (фиг. 4). При этом нули в лучах F1(U) и F2(U) моноимпульсной группы, как это следует из выражений (6) и (7), будут сформированы в следующих направлениях: в первом - (Uп + 2U), Uп, (2Uо - Uп) и (2UO - Uп + 2U), а во втором - в направлениях Uп, (Uп - 2U),(2UO - Uп - 2U) и (2Uо - Uп). С выходов сумматоров 4 и 5 сигналы, соответствующие лучам моноимпульсной группы, поступают на входы суммарно-разностного преобразователя 7 (например, двойного T-моста), на выходах 8 и 9 которого формируются суммарная F(U) и разностная F(U) диаграмм направленности соответственно. Поскольку в каждом из лучей моноимпульсной группы имеется нуль в направлении Uп, то нули в этом направлении сформируются как в суммарной, так и в разностной диаграммах направленности. При этом, как показано выше, формирование нулей не приводит к смещению равносигнального направления.

Таким образом, предложенные условия выполнения операции взвешивания сигналов в излучателях моноимпульсной ФАР позволяют устранить смещение РСН при совместном формировании нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности. Это дает возможность существенно повысить точность пеленгования объектов в условиях активного радиоэлектронного противодействия противника. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ совместного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток, основанный на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на U, где U - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности, отличающийся тем, что весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении Uо, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления Uп, из которых две диаграммы направленности ориентированы соответственно в направлениях (Uп+U) и (Uп-U), а другие две диаграммы направленности зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2Uo-Uп-U) и (2Uo-Uп+U), причем веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми.