×
10.05.2018
218.016.3ad9

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к антенной технике. Способ включает вычисление сигнала F по формуле: . Дополнительно вычисляют два сигнала F и F по формулам: , и определяют параметр а: . Выходной сигнал V приемной антенной решетки формируют в зависимости от параметра а, в соответствии с выражением: Технический результат заключается в снижении уровня боковых лепестков при сохранении ширины основного лепестка диаграммы направленности приемной антенной решетки. 10 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область применения

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокации, связи и т.д.

Уровень техники

Известен способ формирования диаграммы направленности антенны [Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах). Под общей ред. К.Н. Трофимова. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. Под ред. П.И. Дудника. М.: "Сов. Радио", 1977. С. 74-92], заключающийся в задании амплитудного распределения поля по апертуре антенны с целью снижения уровня боковых лепестков.

Недостатком этого способа является расширение основного лепестка диаграммы направленности приемной антенной решетки по сравнению с равномерным амплитудным распределением поля по апертуре антенны.

Известен способ снижения уровня боковых лепестков диаграммы направленности линейной антенной решетки из N элементов, выбранный нами за прототип [Активные фазированные антенные решетки. Под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова. М.: "Радиотехника", 2004. С. 110-112], который включает следующие операции: прием комплексных сигналов sn с выходов каждого n-го элемента решетки, соответственно, их взвешивание, например, косинус-квадратным окном cn=wnsn

,

и формирование выходного сигнала F0 решетки по формуле

.

В общем случае форма взвешивающего окна может быть различной, но со спаданием к краям апертуры антенны [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: "Мир", 1978. С. 103-106].

Недостатком этого способа является расширение основного лепестка диаграммы направленности приемной антенной решетки по сравнению с равномерным амплитудным распределением поля по апертуре антенны (прямоугольное взвешивающее окно), что является платой за снижение уровня боковых лепестков.

Сущность изобретения

Основной технической задачей, решаемой заявленным изобретением, является снижение уровня боковых лепестков при сохранении ширины основного лепестка диаграммы направленности приемной антенной решетки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе приема сигнала линейной антенной решеткой, основанном на приеме N комплексных сигналов sn, формировании N комплексных амплитуд cn=wnsn и вычислении сигнала по формуле:

взвешивающее окно wn задается прямоугольным wn=1, согласно предложенному решению, дополнительно вычисляются два сигнала F1 и F2 и параметр а по формулам:

а выходной сигнал V0 приемной антенной решетки формируют в зависимости от параметра а соответствии с выражением:

Предложенный способ основан на том факте, что диаграмма направленности антенны связана с амплитудно-фазовым распределением поля по ее апертуре парой преобразований Фурье. Этот факт позволяет интерпретировать диаграмму направленности как аппаратную функцию прибора, оценивающего спектр пространственных частот падающего на раскрыв антенны поля, что дает право применять параметрические методы спектральных оценок для формирования диаграммы. Так как прямой доступ к комплексным амплитудам поля в апертуре антенны практически имеется только в антенных решетках, то предлагаемый способ подходит лишь для антенных решеток, причем только приемных, поскольку параметрическое управление выходным сигналом решетки не позволяет применить заявляемый способ для передающей решетки.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен линейный фильтр с конечной импульсной характеристикой, на фиг. 2 - положение лучей в пространстве, на фиг. 3 - иллюстрация работы способа, на фиг. 4 - диаграмма направленности для N=128 идентичных элементов, на фиг. 5 - диаграмма направленности прототипа, на фиг. 6-8 диаграммы направленности при различных фазовых ошибках, на фиг. 9 - десять графиков диаграмм направленности для фазовой ошибки 10 градусов, рассчитанных для случайных выборок фазовых и амплитудных ошибок, на фиг. 10 - фрагмент фиг. 9 в окрестности главного лепестка диаграммы направленности.

Осуществление изобретения

Рассмотрим предлагаемый способ формирования диаграммы направленности приемной линейной антенной решетки из N элементов с шагом ∆L - λ/2, где X - длина волны падающего поля.

В качестве параметрического метода оценки спектра взята трехточечная процедура Spatially Variant Apodization (SVA), суть которой заключается в следующем [Патент US 6 298 363].

Над реализацией cn, n=0, …, N-1, случайного процесса дискретного времени tn=nT выполняется преобразование Фурье

Далее N отсчетов Fk поступают на линейный параметрический фильтр подавления боковых лепестков (фиг. 1), сигнал Vk на выходе которого формируется по правилу

Процедура SVA реализуется линейным фильтром с конечной импульсной характеристикой, но с переменными коэффициентами, зависящими от текущего входного сигнала, который определяется тремя отсчетами Fk-1, Fk и Fk+1. Такой фильтр осуществляет свертку входного сигнала с переменной импульсной характеристикой, управляемой параметром а в соответствии с выражением (5). При этом аппаратная функция, определяющая спектральное разрешение, имеет низкий уровень боковых лепестков и минимальную ширину основного лепестка, соответствующую прямоугольному окну взвешивания текущих данных оцениваемого процесса.

Каждому этапу свертки, определяемому индексом k, соответствует угловое положение антенны с азимутом arcsin(kλ/L), где L=NΔL=Nλ/2 - размер апертуры решетки; а отсчетам Fk-1 Fk и Fk+1 сопоставляются значения комплексной амплитуды сигналов F1, F0 и F2, принятых по трем лучам антенны соответственно, которые сформированы (например) с помощью трех диаграммообразующих схем (ДОС).

При этом направление луча, по которому принят сигнал F0, совпадает с линией визира антенны (с линией, перпендикулярной линии раскрыва антенны), а два других луча, по которым приняты сигналы F1 и F2, отклонены на углы, зависящие от соотношения длины волны λ падающего поля и размера L апертуры решетки в соответствии с выражениями (фиг. 2).

Рассмотрим предложенный способ для практического применения.

При падении на приемную антенную решетку (с шагом ΔL=λ/2) плоской волны (фиг. 3) комплексные амплитуды сигналов с идентичных антенных элементов определяются как

где: λ - длина волны падающего поля; β - угол отворота антенны относительно линии постоянной фазы падающего поля; wn=1 - коэффициент передачи антенного элемента с номером n.

Положим, что диаграмма направленности элементарного антенного элемента решетки ограничена передней полусферой (т.е. излучение «назад» блокировано экраном), и решетка имеет один главный лепесток диаграммы направленности. Тогда углы отворота достаточно задать отрезком -90°≤β≤90°, а зависимость , вычисленная по (1), (2), (3) и (6), определяет форму диаграммы направленности приемной антенны.

Как показано на фиг. 4, максимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенной решетки, состоящей из 128 идентичных элементов, составляет около - 48 дБ. При этом уровень боковых с ростом угла отворота уменьшается со скоростью 18 дБ/октаву (фиг. 4). Шаг вращения по углу здесь и далее составляет 0,1° (1800 отсчетов на диаграмму).

Уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенной решетки прототипа, состоящей из 128 идентичных элементов, составляет около -13 дБ (фиг. 5), при этом уровень боковых ростом угла отворота уменьшается со скоростью 6 дБ/октаву.

Отметим, что ширина главного лепестка диаграммы направленности для способа прототипа и предлагаемого способа одинакова (другими словами, уменьшение уровня боковых лепестков в предлагаемом способе не влечет за собой расширение главного лепестка диаграммы направленности).

Диаграммы направленности, показанные на фиг. 4 и фиг. 5, определены для случая, когда антенные элементы решетки идентичны. Так как в реальности коэффициенты передачи wn антенных элементов не могут быть одинаковыми, то имеется неточность их настройки по фазе и амплитуде относительно друг друга.

Для реального антенного элемента определим его коэффициент передачи как

где: ΔAn - амплитудная ошибка; Δϕn - фазовая ошибка.

Зададим уровень фазовой ошибки тремя типовыми интервалами ±2,5°, ±5,0° и ±10,0°. Амплитудную ошибку примем случайной величиной с нулевым средним и среднеквадратическим значением 0,06, что соответствует отклонению множителя ошибки (7) от единицы на 201g(1+0,06)≈0,5 дБ и согласуется с современным состоянием цифровых (дискретных) фазовращателей [Digital Phase Shifter, http://www.analog.com/ru/products/rf-microwave/phase-shifters-vector-modulators/digital-phase-shifter.html].

Для реальной антенной решетки уровень боковых лепестков не превышает -30 дБ для интервала фазовой ошибки ±10°; при этом для рассматриваемого случая (128 элементов, амплитудная ошибка 0,5 дБ) нет особого смысла настраивать антенные элементы точнее 5° (фиг. 6-8).

Для десяти реализаций диаграмм направленности при фазовой ошибке в интервале ±10° уровень боковых лепестков не превышает -30 дБ (фиг. 9-10). При этом ширина основного лепестка по первым нулям равна 1,8°, что совпадает с шириной для способа прототипа с прямоугольным взвешивающим окном и теоретическим значением 2arcsin 2/N=2arcsin 2/128≈1,8°.

Таким образом, предложенное решение позволяет улучшить диаграмму направленности реальной антенной решетки на прием, сохраняя исходное разрешение по углу (не расширяя главного лепестка диаграммы направленности) и значительно уменьшая уровень боковых лепестков. Заметим, что степень уменьшения уровня боковых зависит от соотношения размеров апертуры антенны и длины волны падающего поля (т.е. от количества антенных элементов, расположенных с шагом половины длины волны поля). Для 128-элементной решетки реально достижим уровень боковых лепестков не хуже -30 дБ.


СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 56 items.
20.06.2013
№216.012.4da8

Радиометр для измерения глубинных температур объекта (радиотермометр)

Изобретение относится к микроволновой радиометрии и может использоваться в радиотермографии для измерения глубинных (профильных) температур объектов по их собственному радиоизлучению. Заявлен радиометр, содержащий приемник, последовательно соединенные антенну, модулятор, направленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485462
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.5562

Устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов

Изобретение относится к радиотехнике, в частности - к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и от рассогласования по выходу. Достигаемый технический результат - расширение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487461
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.02.2014
№216.012.a356

Радионавигационная система для измерения пеленга подвижного объекта

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в радионавигационных системах для измерения угловых координат подвижных объектов как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях относительно задаваемого наземным радиомаяком направления. Сущность изобретения заключается в том,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507529
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a357

Радионавигационная система для измерения пеленга подвижного объекта

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в радионавигационных системах для измерения угловых координат подвижных объектов в азимутальной или угломестной плоскостях относительно задаваемого наземным радиомаяком направления. Сущность изобретения заключается в том, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507530
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.05.2014
№216.012.c6fa

Способ измерения угла крена летательного аппарата и устройство для его реализации

Изобретение может использоваться в пилотажно-навигационных системах ориентации летательного аппарата при заходе на посадку по приборам. Способ измерения угла крена летательного аппарата заключается в том, что из точки с известными координатами излучают горизонтально линейно поляризованные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516697
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.06.2014
№216.012.d60a

Источник питания для электротехнологических установок

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания электротехнических установок, например, индукционного нагрева. Технический результат заключается в снижении массы и габаритов источника тока, повышении КПД и надежности. Заявленное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520572
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d83f

Способ измерения угла тангажа летательного аппарата и устройство для его реализации

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в системах посадки летательных аппаратов по приборам. Технический результат - повышение точности. Для этого измерение угла тангажа заключается в том, что из точки с известными координатами излучают горизонтально линейно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521137
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.da18

Способ изготовления мдм-катода

Способ изготовления МДМ-катода предназначен для повышения плотности тока эмиссии и однородности ее распределения по поверхности. На подложку последовательно осаждается металлический нижний электрод на основе пленки молибдена, затем два слоя резистов, в которых формируется рисунок с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521610
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea99

Способ изготовления мдм-катода

Изобретение относится к области электронной техники. Способ изготовления МДМ-катода заключается в нанесении на подложку нижнего электрода, диэлектрика, верхнего электрода и формовку структуры. На нижнем электроде создается регулярная наноострийная структура в виде столбиков с плотностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525865
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.10.2014
№216.012.feb9

Способ измерения угла тангажа летательного аппарата и устройство для его реализации

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в системах посадки летательных аппаратов по приборам. Технический результат - повышение точности. Для этого из точки с известными координатами излучают горизонтально линейно поляризованные электромагнитные волны, на борту...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531065
Дата охранного документа: 20.10.2014
Showing 1-5 of 5 items.
20.05.2013
№216.012.422b

Способ определения поляризационных характеристик среды и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к радиолокационной технике и может быть использована для определения собственных поляризаций среды распространения электромагнитных волн и комплексных коэффициентов передачи волн этих поляризаций. В способе излучают электромагнитную волну, угол ориентации плоскости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482509
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.08.2015
№216.013.6c16

Способ формирования радиоголограммы объекта и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к области радиовидения и может быть использована при проектировании радиотехнических систем. Достигаемый технический результат - снижение уровня помех на выходе отдельного канала формирования радиоголограммы без качественного увеличения его стоимости. Указанный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559228
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.05.2018
№218.016.41e8

Способ подавления отметок от целей, расположенных за пределами зоны однозначной оценки дальности обзорной рлс, и реализующее его устройство

Изобретение относится к области активной радиолокации и предназначено для использования в обзорных радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - подавление отметок от целей, расположенных за пределами зоны однозначной оценки дальности обзорной РЛС, а также отметок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649310
Дата охранного документа: 02.04.2018
20.02.2019
№219.016.c457

Радиолокационная станция с широкополосным непрерывным линейно частотно-модулированным излучением

Изобретение относится к области активной радиолокации и может быть использовано при проектировании и создании цифровых широкополосных речных и морских радиолокационных систем. Технический результат заключается в упрощении технологической настройки, и, как следствие, в снижении себестоимости при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002460087
Дата охранного документа: 27.08.2012
14.05.2019
№219.017.51e7

Приёмопередатчик радара непрерывного излучения с расширенным динамическим диапазоном

Изобретение относится к области активной радиолокации и может быть использовано при проектировании и создании цифровых широкополосных речных, морских и охранных радиолокационных систем. Достигаемый технический результат - расширение динамического диапазона приемо-передающего тракта РЛС,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687286
Дата охранного документа: 13.05.2019
+ добавить свой РИД