×
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 11-20 of 56 items.
10.01.2015
№216.013.173a

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в четыре раза

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в четыре раза содержит трехфазный трансформатор с искусственной нулевой точкой в первичной обмотке и двумя вторичными обмотками с одинаковым уровнем выходного напряжения. К вторичным обмоткам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537374
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.186f

Сварочный трансформатор для ручной дуговой сварки

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимися электродами и предназначено для сварки металлоконструкций и изделий различной толщины при производстве монтажных и ремонтных работ в строительстве, в быту и других областях народного хозяйства. Устройство содержит трансформатор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537683
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1993

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в восемь раз

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в восемь раз выполнен на базе восьми двухобмоточных дросселей насыщения, соединенных по мостовой схеме, которые подключены одной диагональю к двум четырехпроводным сетям, сдвинутым между собой на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537975
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1a62

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты относится к преобразовательной технике и может быть использован в качестве статического регулируемого источника питания электротехнологических установок. Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности, обеспечение независимости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538182
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.01.2015
№216.013.1ee8

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в шесть раз

Изобретение относится к преобразовательной технике, умножителям частоты и может быть использовано в качестве регулируемого источника питания электротехнологических установок - индукционного нагрева, для выпрямителей и т.п. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в шесть раз выполнен на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539353
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.02.2015
№216.013.2bcf

Способ и устройство фазового регулирования переменного напряжения

Изобретение относится к области электротехники, в частности к регулированию переменного напряжения и тока. Технический результат заключается в расширении диапазона регулирования напряжения при индуктивной нагрузке независимо от ее параметров и создании надежного регулятора переменного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542672
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.08.2015
№216.013.6a77

Вентильный выпрямитель для дуговой сварки

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимися электродами на постоянном токе. Выпрямитель содержит трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к питающей сети, и двумя вторичными обмотками, одна из которых подключена к несимметричному тиристорно-диодному мостовому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558808
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.08.2015
№216.013.6f30

Способ обнаружения некачественного электрического контакта

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам контроля качества электрических контактов. Способ может быть использован для проведения диагностики и оценки качества электрических контактов в электрических цепях. Сущность: воздействуют на электрический контакт...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560034
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.7191

Способ уменьшения негативного влияния жидкокристаллического монитора компьютера на человека и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для уменьшения негативного влияния жидкокристаллического монитора на человека содержит выполненную из диэлектрического кабель-канала прямоугольного сечения прямоугольную рамку, надеваемую на торцевые части монитора, внутри рамки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560643
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.71de

Система электропитания космического аппарата с экстремальным регулированием мощности солнечной батареи

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов, и может быть использовано в системе питания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей. Система электропитания содержит солнечную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560720
Дата охранного документа: 20.08.2015
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