RU2577827C1

RU2577827C1 - Self-focusing multibeam antenna array

Info

Publication number: RU2577827C1
Application number: RU2014144492/28A
Authority: RU
Inventors: Андрей Германович Зайцев; Сергей Николаевич Дружко; Владимир Петрович Солдатов
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-03-20

Abstract

FIELD: antenna.

SUBSTANCE: self-focusing multibeam antenna array comprises N sections at L transceiving elements and at L transceiving modules, transceiving elements and beam-forming unit. Said unit consists of N circuits, each comprising series-connected controlled phase changer, power amplifier and power divider, transceiving modules, master oscillator, master oscillator's signal divider, beam pattern control unit, receiving unit. Also, antenna comprises N adjustment factor digital calculators producing a set of adjustment factor vectors. Analysis of said vectors is performed by means of a digital comparator, which determines channel phase progression at each array section.

EFFECT: technical result consists in broader functional capabilities.

2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиотехнических системах связи размещаемых на борту космических аппаратов, функционирующих в сложной сигнально-помеховой обстановке, например, в системах космической связи с подвижными объектами.The invention relates to radio engineering, in particular to antenna technology, and can be used in radio engineering communication systems placed on board spacecraft operating in a complex signal-jamming environment, for example, in space communication systems with moving objects.

Известны самофокусирующиеся адаптивные антенные решетки [Choc R Electronically adaptive antenna systems. IEEE Trans., 1964, v. AP-12, №2], осуществляющие прием сигналов с произвольным фронтом падающей волны, однако они не являются приемопередающими.Self-focusing adaptive antenna systems are known [Choc R Electronically adaptive antenna systems. IEEE Trans., 1964, v. AP-12, No. 2], receiving signals with an arbitrary front of the incident wave, but they are not transceiver.

Известны также приемопередающие самофокусирующиеся антенные решетки (СФАР) осуществляющие формирование диаграммы направленности (ДН) антенны в направлении потребителя, основанные на методах обращения волнового фронта принимаемого сигнала [Хейес, К. Экспериментальные исследования фазово-сопряженной адаптивной системы ИК диапазона / К. Хейес, Р. Брендви, В. Девис, Г. Миверс // Адаптивная оптика: сборник статей. Изд-во Мир, 1980. - С. 28-53.], многоканальной фазовой модуляции [О′Мира, Т. Метод многоканальной фазовой модуляции в адаптивной оптике /Т. О′Мира // Адаптивная оптика: сборник статей. Изд-во Мир, 1980. - С. 140-168.], в которых контроль качества фокусировки выполнялся на основе анализа спектра изменений амплитуды сигнала, отраженного от цели, в том числе, вызванных синусоидальной вобуляцией фазы сигналов, излучаемых отдельными элементами СФАР с различными частотами, обеспечивающими независимость управления.Transceiver self-focusing antenna arrays (SFAR) are also known that carry out the formation of the antenna radiation pattern (NF) of the antenna in the direction of the consumer, based on methods of reversing the wavefront of the received signal [Heyes, K. Experimental studies of a phase-conjugate adaptive system of the infrared range / K. Heyes, R. Brandy, V. Davis, G. Mivers // Adaptive Optics: collection of articles. Mir Publishing House, 1980. - S. 28-53.], Multichannel phase modulation [O'Mira, T. Method of multichannel phase modulation in adaptive optics / T. O′Mira // Adaptive optics: collection of articles. Mir Publishing House, 1980. - P. 140-168.], In which focusing quality control was performed on the basis of an analysis of the spectrum of changes in the amplitude of the signal reflected from the target, including those caused by sinusoidal wobble of the phase of the signals emitted by individual elements of the AFAR with different frequencies ensuring independence of control.

К недостаткам указанных СФАР следует отнести то, что они одноканальны по числу потребителей, пространственное положение которого должно быть заранее известно с точностью до полуширины диаграммы направленности (ДН) антенны. Использование их в работе с несколькими потребителями приводит к неоправданному возрастанию сложности технического исполнения.The disadvantages of these SFARs include the fact that they are single-channel in terms of the number of consumers, the spatial position of which should be known in advance with an accuracy of half the antenna radiation pattern. Their use in working with several consumers leads to an unjustified increase in the complexity of technical performance.

Кроме того, известна ретрансляционная антенная решетка [Andre S. Leonard D. An active retrodirective array for satellite communication. IEEE Trans, 1964, v. AP-12, №2, p. 181-186], используемая в системах спутниковой связи, размещаемая на борту космического аппарата (КА) для передачи телерадиометрической информации потребителю. Для этого потребитель посылает запросный сигнал, который принимается решеткой излучателей, соединенных с фазирующей матрицей, выходы которой соответствуют тридцати двум фиксированным положением луча. После сравнения уровней принятых сигналов в каждом из тридцати двух каналов, переключающая матрица подключает генератор к тому каналу, в котором уровень был максимальным.In addition, a relay antenna array is known [Andre S. Leonard D. An active retrodirective array for satellite communication. IEEE Trans, 1964, v. AP-12, No. 2, p. 181-186], used in satellite communication systems, placed on board a spacecraft (SC) to transmit teleradiometric information to the consumer. To do this, the consumer sends a request signal, which is received by the array of emitters connected to the phasing matrix, the outputs of which correspond to thirty-two fixed beam positions. After comparing the levels of the received signals in each of the thirty-two channels, the switching matrix connects the generator to the channel in which the level was maximum.

Недостатком этой антенной решетки является относительно узкие функциональные возможности, поскольку луч ее ДН может занимать только фиксированное положение в пространстве, что приводит к ухудшению связи с подвижными потребителями.The disadvantage of this antenna array is the relatively narrow functionality, since the beam of its beam can only occupy a fixed position in space, which leads to a deterioration in communication with mobile consumers.

Помимо указанных выше, известно устройство [RU 2366047, С1, H01Q 21/00, 27.08.2009], содержащее N антенных элементов, соединенных через комплексные весовые умножители с соответствующими входами общего сумматора, блок формирования вектора весовых коэффициентов с управляющим входом, соединенным с устройством ввода информации о возможном направлении прихода сигнала, при этом входы блока формирования вектора весовых коэффициентов соединены с выходами соответствующих антенных элементов, а выходы блока формирования вектора весовых коэффициентов подключены к управляющим входам соответствующих комплексных весовых умножителей.In addition to the above, it is known a device [RU 2366047, C1, H01Q 21/00, 08/27/2009] containing N antenna elements connected via complex weight multipliers with corresponding inputs of a common adder, a unit for generating a vector of weight coefficients with a control input connected to the device entering information about the possible direction of arrival of the signal, while the inputs of the weighting vector forming unit are connected to the outputs of the corresponding antenna elements, and the outputs of the weighting vector forming unit are connected to the control inputs of the corresponding complex weight multipliers.

В этом устройстве блок формирования вектора весовых коэффициентов состоит из аналого-цифрового преобразователя, конвертора, блока комплексного умножения, блока вычисления собственного вектора, блока формирования тестового сигнала, блока вычисления направлений на источник радиоизлучения, блока анализа данных, причем, выходы антенных элементов соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к соответствующим входам конвертора, выходы конвертора соединены с соответствующими входами блока комплексного умножения, выходы которого подключены к соответствующим входам блока вычисления собственного вектора, выходы блока формирования тестового сигнала подключены к соответствующим входам блока вычисления направлений на источник радиоизлучения и блока анализа данных, выходы блока вычисления собственного вектора подключены к соответствующим входам блока вычисления направлений на источник радиоизлучения, выход которого подключен к соответствующему входу блока анализа данных, вход которого соединен с устройством ввода информации о возможном направлении прихода сигнала, выходы блока анализа данных подключены к управляющим входам соответствующих комплексных весовых умножителей, причем входы аналого-цифрового преобразователя являются входами, вход блока анализа данных - управляющим входом, а выходы блока анализа данных - соответственно выходами блока формирования вектора весовых коэффициентов.In this device, the weighting vector generation unit consists of an analog-to-digital converter, converter, complex multiplication unit, eigenvector calculation unit, test signal generation unit, direction calculation unit for a radio emission source, data analysis unit, moreover, the outputs of the antenna elements are connected to the corresponding the inputs of the analog-to-digital converter, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the converter, the outputs of the converter are connected to the corresponding inputs complex multiplication unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the eigenvector calculation unit, the outputs of the test signal generation unit are connected to the corresponding inputs of the direction calculation unit to the radio emission source and the data analysis unit, the outputs of the eigenvector calculation unit are connected to the corresponding inputs of the eigenvector calculation unit the output of which is connected to the corresponding input of the data analysis unit, the input of which is connected to the input device and information about the possible direction of signal arrival, the outputs of the data analysis unit are connected to the control inputs of the corresponding complex weight multipliers, the inputs of the analog-to-digital converter are inputs, the input of the data analysis unit is the control input, and the outputs of the data analysis unit are the outputs of the weight vector formation block coefficients.

Недостатком этого устройства также является относительно узкие функциональные возможности.The disadvantage of this device is also the relatively narrow functionality.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является, выбранная в качестве прототипа, активная фазированная антенная решетка (АФАР) [Активные фазированные антенные решетки / А.Н. Братчиков, В.И. Васин, О.О. Василенко, Е.Н. Воронин и др. под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова. - М.: Радиотехника, 2004. - 488 с.] содержащая N×L приемопередающих элементов (ППЭ), объединенных в N секций (групп) по L антенн в каждой, каждая из которых через согласующее звено соединена с переключателем "прием-передача" (ППП) соответствующего приемопередающего модуля (ППМ), образующих апертуру АФАР, диаграммообразующий блок (ДОС), состоящий из усилителей, фазовращателей (ФВ), делителей мощности, осуществляющую формирование луча диаграммы направленности (ДН) АФАР на передачу, устройство управления положением ДН АФАР, задающий генератор, приемное устройство, таким образом, что выход задающего генератора через делитель мощности соединен с входом соответствующего ФВ ДОС, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом устройство управления положением ДН АФАР. Выход каждого из ФВ ДОС соединен с входом соответствующего усилителя мощности ДОС, выход которого через соответствующий делитель мощности соединен с соответствующим входом каждого ППМ соответствующей секции апертуры АФР. Выход каждого из ППМ каждой секции АФАР соединен с соответствующим входом приемного устройства, управляющий выход которого соединен с управляющим входом ФВ и аттенюатора приемного канала соответствующего ППМ соответствующей секции АФАР.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is, selected as a prototype, an active phased antenna array (AFAR) [Active phased antenna array / A.N. Bratchikov, V.I. Vasin, O.O. Vasilenko, E.N. Voronin et al. Ed. DI. Voskresensky and A.I. Kanaschenkova. - M .: Radio engineering, 2004. - 488 p.] Containing N × L transceiver elements (PES), combined into N sections (groups) of L antennas in each, each of which is connected via a matching link to a receive-transmit switch (PPP) of the corresponding transceiver module (PPM), forming the AFAR aperture, a beam-forming unit (DOS), consisting of amplifiers, phase shifters (PV), power dividers, which generates a beam of the radiation pattern (BF) of the AFAR for transmission, a device for controlling the position of the bottom of the AFAR, master oscillator construction, so that the output of the master oscillator through the power divider is connected to the input of the corresponding PV DOS, the control input of which is connected to the corresponding output of the position control device AF AFAR. The output of each of the DOS PVs is connected to the input of the corresponding DOS power amplifier, the output of which through the corresponding power divider is connected to the corresponding input of each PPM of the corresponding section of the AFR aperture. The output of each PPM of each AFAR section is connected to the corresponding input of the receiving device, the control output of which is connected to the control input of the PV and the attenuator of the receiving channel of the corresponding PPM of the corresponding AFAR section.

Передающий канал АФАР прототипа создает канал связи, пространственные характеристики которого определяются ДН, образовываемой в соответствии с выражением:The transmitting channel of the prototype AFAR creates a communication channel, the spatial characteristics of which are determined by the DN formed in accordance with the expression:

где

- поканальный фазовый набег АР; d - расстояние между слабонаправленными антеннами АФАР; λ - длина волны излучения; θ - угол, отсчитываемый от нормали к АР, в направлении потребителя, находящегося под углом θ к нормали антенны.Where

- per-channel phase incursion of the AR; d is the distance between weakly directed antennas AFAR; λ is the radiation wavelength; θ is the angle measured from the normal to the AR, in the direction of the consumer, located at an angle θ to the normal of the antenna.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, что обусловливается тем, что, если активная фазированная антенная решетка (АФАР) имеет относительный пространственным размерThe disadvantage of the closest technical solution is the relatively narrow functionality, which is due to the fact that if the active phased antenna array (AFAR) has a relative spatial size

где N - число секций в апертуре АФАР, L - число элементов в секции АФАР; λ - длина волны излучения, существенно превышающий единицу, то наблюдается существенное снижение уровня сигнала принимаемого потребителем в создаваемом ей канале связи, что, как следствие, приводит снижению отношения сигнал/шум и, следовательно, к снижению помехозащищенности этого канала связи.where N is the number of sections in the aperture of the AFAR, L is the number of elements in the section of the AFAR; λ is the radiation wavelength significantly exceeding unity, a significant decrease in the signal level received by the consumer in the communication channel being created is observed, which, as a result, leads to a decrease in the signal-to-noise ratio and, therefore, to a decrease in the noise immunity of this communication channel.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства и создание многолучевой самофокусирующейся антенной решетки, при использовании которой поддерживается примерно постоянный уровень сигнала, принимаемого потребителем в создаваемом ей канале связи, независимо от относительного пространственного размера многолучевой самофокусирующейся антенной решетки.The problem to which the invention is directed is to expand the functionality of the device and create a multi-beam self-focusing antenna array, using which an approximately constant level of the signal received by the consumer in the communication channel created by it is maintained, regardless of the relative spatial size of the multi-beam self-focusing antenna array.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих условия, при которых поддерживается примерно постоянный уровень сигнала, принимаемого потребителем в создаваемом многолучевой самофокусирующейся антенной решеткой канале связи, независимо от ее относительного пространственного размера.The required technical result consists in expanding the functionality by introducing an additional arsenal of technical means providing conditions under which an approximately constant level of the signal received by the consumer in the communication channel created by the multi-beam self-focusing antenna array is maintained, regardless of its relative spatial size.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее N секций по L приемопередающих элементов и по L приемопередающих модулей, вход-выход каждого из которых соединен с входом выходом соответствующего ему приемопередающего элемента, диаграммообразующий блок, состоящий из N цепей, каждая из которых содержит последовательно соединенные управляемый фазовращатель, усилитель мощности и делитель мощности, группа выходов каждого из которых соединена с первыми входами приемопередающих модулей соответствующей ему секции, задающий генератор, делитель сигнала задающего генератора, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а каждый выход группы выходов соединен со входом соответствующего управляемого фазовращателя, блок управления положением диаграммы направленности, каждый выход группы выходов которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, а также приемный блок, группа входов которого соединена с выходами приемопередающих модулей, согласно предложенного изобретения, введены N×L аналого-цифровых преобразователей, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего ему приемопередающего модуля, N цифровых вычислителей юстировочных коэффициентов, входы каждого из которых соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, входы которых соединены с выходами приемопередающих модулей соответствующей секции, цифровой блок сопоставления, входы которых соединены с выходами N цифровых вычислителей юстировочных коэффициентов, а каждый из выходов соединен со вторым входом соответствующего приемопередающего модуля, третьи входы которых соединены с выходом приемного блока.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in the device containing N sections of L transceiver elements and L transceiver modules, the input-output of each of which is connected to the input output of its corresponding transceiver element, a diagram-forming unit consisting of N circuits , each of which contains a serially connected controlled phase shifter, a power amplifier and a power divider, a group of outputs of each of which is connected to the first inputs of the transceiver the muzzle of the corresponding section, the master oscillator, the signal divider of the master oscillator, the input of which is connected to the output of the master oscillator, and each output of the group of outputs is connected to the input of the corresponding controlled phase shifter, a beam position control unit, each output of the group of outputs of which is connected to the control input of the controlled phase shifter and also a receiving unit, the group of inputs of which is connected to the outputs of the transceiver modules, according to the proposed invention, N × L analogs are introduced go-to-digital converters, the input of each of which is connected to the output of its corresponding transceiver module, N digital calculators of adjustment coefficients, the inputs of each of which are connected to the outputs of analog-to-digital converters, the inputs of which are connected to the outputs of the transceiver modules of the corresponding section, the digital matching unit, the inputs which are connected to the outputs of N digital calculators of adjustment coefficients, and each of the outputs is connected to the second input of the corresponding transceiver odulya, the third inputs of which are connected to the output of the receiving unit.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что приемопередающий модуль выполнен в виде последовательно соединенных первого согласующего усилителя, вход которого является первым входом приемопередающего модуля, первый аттенюатор, второй согласующий усилитель, первый фазовращатель, второй вход которого объединен со вторым входом первого аттенюатора и является вторым входом приемопередающего модуля, третий согласующий усилитель, предварительный усилитель мощности, оконечный усилитель мощности, переключатель, вход-выход которого является входом-выходом приемопередающего модуля, второй защитный блок, малошумящий усилитель, четвертый согласующий усилитель, второй фазовращатель, пятый согласующий усилитель, второй аттенюатор, второй вход которого объединен со вторым входом малошумящего усилителя и является третьим входом приемопередающего модуля, и шестой согласующий усилитель, выход которого является выходом приемопередающего модуля.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that the transceiver module is made in the form of series-connected first matching amplifier, the input of which is the first input of the receiving-transmitting module, the first attenuator, the second matching amplifier, the first phase shifter, the second input of which is combined with the second input of the first attenuator and is the second input of the transceiver module, the third matching amplifier, pre-power amplifier, terminal power amplifier, switch, input-in the output of which is the input-output of the transceiver module, a second protective unit, a low-noise amplifier, a fourth matching amplifier, a second phase shifter, a fifth matching amplifier, a second attenuator, the second input of which is combined with the second input of a low-noise amplifier and is the third input of the transceiving module, and the sixth matching amplifier whose output is the output of the transceiver module.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фигурах 1 и 2, и рисунками и графиками, представленными на фигурах 3-7.The invention is illustrated by the drawings presented in figures 1 and 2, and the drawings and graphs presented in figures 3-7.

На фиг. 1 - электрическая структурная схема многолучевой самофокусирующейся антенной решетки (АФАР);In FIG. 1 is an electrical block diagram of a multi-beam self-focusing antenna array (AFAR);

На фиг. 2 - электрическая структурная схема приемопередающего модуля;In FIG. 2 is an electrical block diagram of a transceiver module;

На фиг. 3 - фазовый фронт юстировочного сигнала на апертуре многолучевой самофокусирующейся антенной решетки;In FIG. 3 - phase front of the alignment signal at the aperture of a multi-beam self-focusing antenna array;

На фиг. 4 - результаты имитационного моделирования работы цифровых вычислителей юстировочных коэффициентов для Μ=2, где Μ - число потребителей;In FIG. 4 - the results of simulation modeling of digital calculators of adjustment coefficients for Μ = 2, where Μ is the number of consumers;

На фиг. 5 - результаты имитационного моделирования работы цифровых вычислителей юстировочных коэффициентов АФАР для М=3, где Μ - число потребителей;In FIG. 5 - the results of simulation modeling of the digital calculators of AFAR adjustment coefficients for M = 3, where Μ is the number of consumers;

На фиг. 6 - результаты расчета нормированного амплитудного распределение, формируемое многолучевой самофокусирующейся антенной решетки в картинной плоскости потребителя;In FIG. 6 - calculation results of the normalized amplitude distribution formed by the multi-beam self-focusing antenna array in the consumer’s picture plane;

На фиг. 7 - результаты расчета относительного снижения коэффициента направленного действия многолучевой самофокусирующейся антенной решетки.In FIG. 7 - calculation results of the relative decrease in the directional coefficient of the multi-beam self-focusing antenna array.

На чертежах обозначены:In the drawings are indicated:

1 - приемопередающий элемент (ППЭ), осуществляющий прием/передачу СВЧ-сигнала, который может быть выполнен в виде полосковой антенны [Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника, 2003, 631 с.];1 - transceiver element (PES), transmitting / receiving microwave signal, which can be made in the form of a strip antenna [microwave devices and antennas. Design of phased antenna arrays / ed. DI. Voskresensky. M .: Radio engineering, 2003, 631 p.];

2 - приемопередающий модуль (ППМ), осуществляющий формирование заданного уровня СВЧ-мощности при излучении многолучевой самофокусирующейся антенной решетки, прием СВЧ-сигналов, раздельное управление амплитудой и фазой излучаемых и принимаемых СВЧ-сигналов с обеспечением требуемой глубины регулировки, точности установки и стабильности во времени [Активные фазированные антенные решетки / А.Н. Братчиков, В.И. Васин, О.О. Василенко, Е.Н. Воронин и др. под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова. - М.: Радиотехника, 2004. - 488 с.], может быть выполнен, например, на базе субмодуля СВЧ "Охота" разработки ОАО "НПП "Исток" им. Шокина" [, , +7 (495) 465-86-66];2 - transceiver module (PPM), performing the formation of a given level of microwave power when emitting a multi-beam self-focusing antenna array, receiving microwave signals, separate control of the amplitude and phase of the emitted and received microwave signals to ensure the required adjustment depth, installation accuracy and stability over time [Active phased antenna arrays / A.N. Bratchikov, V.I. Vasin, O.O. Vasilenko, E.N. Voronin et al. Ed. DI. Voskresensky and A.I. Kanaschenkova. - M .: Radio engineering, 2004. - 488 p.], Can be performed, for example, on the basis of the submodule microwave oven "Okhota" developed by OAO NPP Istok named after Shokin [,, +7 (495) 465-86- 66];

4 - усилитель мощности (УМ) осуществляет усиление входного сигнала, может быть выполнен, например, на базе твердотельного усилителя мощности М421224-3-4 разработки ОАО "НПП "Исток" им. Шокина" [, ,+7 (495) 465-86-66];4 - power amplifier (UM) amplifies the input signal, can be performed, for example, on the basis of the solid-state power amplifier M421224-3-4 developed by OAO NPP Istok named after Shokin [,, + 7 (495) 465-86 -66];

5 - управляемый фазовращатель (УФВ), осуществляет изменение фазы проходящего сигнала (волны), может быть выполнен на базе фазовращателя дискретного типа [например, патент RU 2515556];5 - controlled phase shifter (UVB), performs a phase change of the transmitted signal (wave), can be performed on the basis of a discrete type phase shifter [for example, patent RU 2515556];

6 - делитель сигнала задающего генератора, обеспечивающий распределение сигнала от одного источника (задающего генератора) по "N" каналам АФАР, может быть выполнен на базе многоканального делителя мощности, осуществляющий деление на N [например, патент SU 1100665 А];6 - a signal divider of the master oscillator, providing the distribution of the signal from one source (master oscillator) on the "N" channels of the AFAR, can be performed on the basis of a multi-channel power divider, dividing by N [for example, patent SU 1100665 A];

7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), осуществляет преобразование принятого СВЧ-сигнала в цифровую форму, который может быть выполнен, например, на базе субмодуля ADM214×10M, устанавливаемого в разъем ADMX базовых модулей [, ., ЗАО "Инструментальные системы"];7 - analog-to-digital converter (ADC), converts the received microwave signal into digital form, which can be performed, for example, on the basis of the ADM214 × 10M submodule installed in the ADMX connector of the base modules [,., ZAO "Instrumental systems"] ;

8 - приемный блок АФАР может быть выполнено на базе супергетеродинного приемного устройства, см., например, [Педак, A.M. Справочник по основам радиолокационной техники / A.M. Педак и др. Под редакцией В.В. Дружинина. - Военное издательство, 1967, с. 343-344, рис. 8.1];8 - AFAR receiving unit can be performed on the basis of a superheterodyne receiving device, see, for example, [Pedak, A.M. Guide to the basics of radar technology / A.M. Pedak et al. Edited by V.V. Druzhinina. - Military Publishing House, 1967, p. 343-344, fig. 8.1];

9 - задающий генератор, осуществляет формирование сигнала, излучаемого АФАР, может быть выполнен на базе твердотельного генератора малой мощности, например, разработки ОАО "НПП "Исток" им. Шокина" [, , +7 (495) 465-86-66];9 - the master oscillator, generates a signal emitted by the AFAR, can be performed on the basis of a solid-state generator of low power, for example, developed by OAO NPP Istok named after Shokin [,, +7 (495) 465-86-66];

10 - цифровой вычислитель юстировочных коэффициентов (ЮК) w_m,

, необходимых для раздельной (по потребителям) фокусировки заявляемой АФАР, реализует алгоритм их оценки в соответствии с [Зайцев, А.Г. Алгоритм пространственного разделения коррелированных сигналов источников излучения / А.Г. Зайцев, В.М. Мачулин, И.П. Шепеть, С.В. Ягольников // Радиотехника. - 2001. - №5. - С. 92-95] по критерию минимума дисперсии ошибки [Кузьмин, С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию / С.З. Кузьмин. - Киев: изд. КВIЦ, 2000, с. 45-47], может быть выполнен на базе цифрового процессора обработки сигналов, например, микросхеме TMS320C30 [см. Цифровые процессоры обработки сигналов: Справочник. / А.Г. Остапенко, С.И. Лавлинский, А.Б. Сушков и др., Под ред. А.Г. Остапенко. - М.: Радио и связь, 1994. - с. 88];10 - digital computer alignment coefficients (SC) w _m ,

required for separate (according to consumers) focusing of the claimed AFAR, implements an algorithm for their assessment in accordance with [Zaitsev, A.G. The spatial separation algorithm of correlated signals of radiation sources / A.G. Zaitsev, V.M. Machulin, I.P. Shepet, S.V. Yagolnikov // Radio engineering. - 2001. - No. 5. - S. 92-95] by the criterion of the minimum variance of the error [Kuzmin, S.Z. Digital radar. Introduction to Theory / S.Z. Kuzmin. - Kiev: ed. KVITs, 2000, p. 45-47], can be performed on the basis of a digital signal processing processor, for example, the TMS320C30 chip [see Digital Signal Processing Processors: A Guide. / A.G. Ostapenko, S.I. Lavlinsky, A.B. Sushkov et al., Ed. A.G. Ostapenko. - M.: Radio and Communications, 1994. - p. 88];

11 - цифровой блок сопоставления определяет соответствие номера потребителя значению соответствующего коэффициента в векторе ЮК соответствующей секции АФАР, алгоритм работы которого основан, например, на исследовании функционала [Караваев, В.В. Статистическая теория пассивной локации / В.В. Караваев, В.В. Сазонов. - М.: Радио и связь, 1987. - 240 с.]:11 - the digital comparison unit determines the correspondence of the consumer number to the value of the corresponding coefficient in the SC vector of the corresponding section of the AFAR, the operation algorithm of which is based, for example, on the study of the functional [Karavaev, V.V. Statistical theory of passive location / V.V. Karavaev, V.V. Sazonov. - M .: Radio and communications, 1987. - 240 p.]:

где

- МП-оценка корреляционной матрицы сигнала, принятого первыми элементами каждой из секции полотна АФАР;

- матрица, составленная из векторов

,

,Where

- MP-assessment of the correlation matrix of the signal received by the first elements of each of the sections of the canvas AFAR;

- matrix composed of vectors

,

и состоит в нахождении сочетаний, например, методом перебора [Виленкин, Н.Я. Комбинаторика / Н.Я. Виленкин. - М.: Наука, 1969. - 328 с.], значений координат

,

векторов

, при котором функционал Q достигает своего максимума, может быть выполнено на базе цифрового процессора обработки сигналов, например, микросхеме TMS320C30 [см. Цифровые процессоры обработки сигналов: Справочник. / А.Г. Остапенко, С.И. Лавлинский, А.Б. Сушков и др., Под ред. А.Г. Остапенко. - М: Радио и связь, 1994. - с. 88];and consists in finding combinations, for example, by brute force [Vilenkin, N.Ya. Combinatorics / N.Ya. Vilenkin. - M .: Nauka, 1969. - 328 p.], Coordinate values

,

vectors

at which the Q functional reaches its maximum, can be performed on the basis of a digital signal processing processor, for example, the TMS320C30 chip [see Digital Signal Processing Processors: A Guide. / A.G. Ostapenko, S.I. Lavlinsky, A.B. Sushkov et al., Ed. A.G. Ostapenko. - M: Radio and communications, 1994. - p. 88];

12 - блок управления положением диаграммы направленности (ДН) АФАР в пространстве является цифровым вычислителем, реализующим известный алгоритм расчета распределения состояний фазовращателей АФАР и формирования луча в заданном угловом направлении, см., например, [Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, т. 2. - М.: Сов. радио, 1977, с. 141-143].12 - the AFAR beam position control (AF) control unit in space is a digital computer that implements the well-known algorithm for calculating the distribution of AFAR phase shifters and beamforming in a given angular direction, see, for example, [Radar Reference. Ed. M. Skolnik, vol. 2. - M .: Sov. radio, 1977, p. 141-143].

При этом многолучевая самофокусирующаяся антенная решетка содержит N секций по L приемопередающих элементов 1 и по L приемопередающих модулей 2, вход-выход каждого из которых соединен с входом выходом соответствующего ему приемопередающего элемента 1.In this case, the multi-beam self-focusing antenna array contains N sections of L transceiver elements 1 and L of transceiver modules 2, the input-output of each of which is connected to the input output of the corresponding transceiver element 1.

Кроме того, многолучевая самофокусирующаяся антенная решетка содержит диаграммообразующий блок, состоящий из N цепей, каждая из которых содержит последовательно соединенные управляемый фазовращатель 5, усилитель 4 мощности и делитель 3 мощности, группа выходов каждого из которых соединена с первыми входами приемопередающих модулей 2 соответствующей ему секции, задающий генератор 9, делитель 6 сигнала задающего генератора, вход которого соединен с выходом задающего генератора 9, а каждый выход группы выходов соединен со входом соответствующего управляемого фазовращателя 5, блок 12 управления положением диаграммы направленности, каждый выход группы выходов которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя 5, а также приемный блок 8, группа входов которого соединена с выходами приемопередающих модулей 2.In addition, the multi-beam self-focusing antenna array contains a diagram-forming unit consisting of N circuits, each of which contains a serially connected controlled phase shifter 5, a power amplifier 4 and a power divider 3, the group of outputs of each of which is connected to the first inputs of the transceiver modules 2 of the corresponding section, the master oscillator 9, the divider 6 of the signal of the master oscillator, the input of which is connected to the output of the master oscillator 9, and each output of the group of outputs is connected to the input corresponding guide managed phase shifter 5, the control unit 12 the position of the radiation pattern, which outputs each output group connected to the control input controls the phase shifter 5, and the receiving unit 8, a group of inputs of which is connected to the outputs of the transceiver modules 2.

Как указано выше, многолучевая самофокусирующаяся антенная решетка содержит также N×L аналого-цифровых преобразователей 7, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего ему приемопередающего модуля 2, N цифровых вычислителей 10 юстировочных коэффициентов, входы каждого из которых соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей 7, входы которых соединены с выходами приемопередающих модулей 2 соответствующей секции, цифровой блок 11 сопоставления, входы которых соединены с выходами N цифровых вычислителей 10 юстировочных коэффициентов, а каждый из выходов соединен со вторым входом соответствующего приемопередающего модуля 2, третьи входы которых соединены с выходом приемного блока 8.As indicated above, the multi-beam self-focusing antenna array also contains N × L analog-to-digital converters 7, the input of each of which is connected to the output of its corresponding transceiver module 2, N digital calculators 10 adjustment coefficients, the inputs of each of which are connected to the outputs of the analog-to-digital converters 7, the inputs of which are connected to the outputs of the transceiver modules 2 of the corresponding section, a digital matching unit 11, the inputs of which are connected to the outputs of the N digital computers 10 alignment x coefficient, and each of the outputs is connected to a second input of the respective transceiver module 2, the third inputs of which are connected to the output of the receiving unit 8.

Приемопередающий модуль 2, представленный на фиг. 2, выполнен в виде последовательно соединенных первого согласующего усилителя 13, вход которого является первым входом приемопередающего модуля, первый аттенюатор 14, второй согласующий усилитель 15, первый фазовращатель 16, второй вход которого объединен со вторым входом первого аттенюатора 14 и является вторым входом приемопередающего модуля, третий согласующий усилитель 17, предварительный усилитель 18 мощности, оконечный усилитель 20 мощности, переключатель 20, вход-выход которого является входом-выходом приемопередающего модуля, второй защитный блок 21, малошумящий усилитель 22, четвертый согласующий усилитель 23, второй фазовращатель 24, пятый согласующий усилитель 25, второй аттенюатор 26, второй вход которого объединен со вторым входом малошумящего усилителя 22 и является третьим входом приемопередающего модуля, и шестой согласующий усилитель 27, выход которого является выходом приемопередающего модуля.The transceiver module 2 shown in FIG. 2, is made in the form of series-connected first matching amplifier 13, the input of which is the first input of the transceiver module, the first attenuator 14, the second matching amplifier 15, the first phase shifter 16, the second input of which is combined with the second input of the first attenuator 14 and is the second input of the transceiver module, a third matching amplifier 17, a preliminary power amplifier 18, a terminal power amplifier 20, a switch 20, the input-output of which is the input-output of the transceiver module, the second shield unit 21, low-noise amplifier 22, fourth matching amplifier 23, second phase shifter 24, fifth matching amplifier 25, second attenuator 26, the second input of which is combined with the second input of low-noise amplifier 22 and is the third input of the transceiver module, and the sixth matching amplifier 27, output which is the output of the transceiver module.

Многолучевая самофокусирующаяся антенная решетка (АФАР) функционирует следующим образом.Multipath self-focusing antenna array (AFAR) operates as follows.

Пусть в зоне ответственности заявляемой АФАР находится группа, состоящая из Μ потребителей. Требуется сформировать канал для передачи информации одному или нескольким потребителям, находящимся в группе, при априорной неопределенности относительно их пространственного положения в зоне ответственности АФАР.Let the group consisting of Μ consumers be in the area of responsibility of the claimed AFAR. It is required to form a channel for transmitting information to one or several consumers in the group, with a priori uncertainty regarding their spatial position in the AFAR area of responsibility.

Функционирование заявляемой АФАР осуществляется в два этапа.The functioning of the claimed AFAR is carried out in two stages.

1-й этап. Юстировка АФАР.1st stage. AFAR adjustment.

Существо этапа юстировки АФАР состоит в нахождении амплитудно-фазовых распределений (АФР), соответствующих каждому из потребителей группы, формирование которого(-ых) на раскрыве полотна АФАР осуществит ее фокусировку на потребителя(-ей), выбранного(-ых) из составы группы, при амплитудно-фазовых флуктуациях (АФФ) сигнала на трассе распространения "АФАР-потребитель" и априорной неопределенности относительно их пространственного положения в зоне ответственности АФАР.The essence of the AFAR adjustment stage is to find the amplitude-phase distributions (AFR) corresponding to each of the consumers of the group, the formation of which (s) on the opening of the AFAR will focus on the consumer (s) selected from the group, with amplitude-phase fluctuations (AFF) of the signal along the AFAR-consumer propagation path and a priori uncertainty regarding their spatial position in the AFAR area of responsibility.

Для этого блок 12 управления положением ДН осуществляет расчет распределения состояний управляемых фазовращателей 5 АФАР для формирования ДН в направлении нахождения Μ потребителей информации, пространственные координаты которых известны с точностью до границ зоны ответственности АФАР (значение управляющих сигналов для первого 16 и второго 24 фазовращателей в приемопередающих модулях 2 соответствует нулевому фазовому сдвигу).To this end, the DN position control unit 12 calculates the distribution of the states of the controlled phase shifters 5 of the AFAR to form the BP in the direction of finding Μ information consumers whose spatial coordinates are known up to the boundaries of the AFAR area of responsibility (the value of the control signals for the first 16 and second 24 phase shifters in the transceiver modules 2 corresponds to a zero phase shift).

Соответствующие значения состояний управляемых фазовращателей 5, рассчитанные блоком 12, подаются на управляющий вход соответствующих управляемых фазовращателей 5 по завершению установки которых, задающий генератору 9 формирует котировочный сигнал (ЮС), который через делитель 6 сигнала задающего генератора (делитель мощности на Ν) подается на вход каждого из управляемых фазовращателей 5, и проходя который, получает соответствующий фазовый сдвиг, после чего поступает на соответствующий усилитель 4 мощности, где усиливается и через соответствующий делитель 3 мощности (делитель мощности на L) через приемопередающий модуль 2 подается на приемопередающий элемент 1 (полосковую антенну) последующим излучением. Направление излучения юстировочного сигнала соответствует пространственному положению диаграммы направленности АФАР, определяемому значениями управляющих напряжений, подаваемых на управляемых фазовращателей 5.The corresponding state values of the controlled phase shifters 5, calculated by block 12, are supplied to the control input of the respective controlled phase shifters 5 upon completion of which, the master oscillator 9 generates a quotation signal (US), which is fed to the input through the divider 6 of the master oscillator signal (power divider by Ν) each of the controlled phase shifters 5, and passing through which, receives the corresponding phase shift, after which it is supplied to the corresponding power amplifier 4, where it is amplified and through the corresponding The power divider 3 (power divider L) is transmitted through the transceiver module 2 to the transceiver element 1 (strip antenna) by subsequent radiation. The radiation direction of the alignment signal corresponds to the spatial position of the AFAR radiation pattern, determined by the values of the control voltages supplied to the controlled phase shifters 5.

Котировочный сигнал, излученный АФАР, переотражается (переизлучается) каждым из Μ потребителей обратно, в направлении АФАР и формирует на ее полотне аддитивную смесь, принимаемую (регистрируемую) каждым из приемопередающих элементов 1 [Ширман, Я.Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.]:The quotation signal emitted by the AFAR is reflected (re-emitted) by each of the Μ consumers back to the direction of the AFAR and forms on its canvas an additive mixture received (recorded) by each of the transceiver elements 1 [Shirman, Y.D. Theory and technique of processing radar information against a background of interference / Ya.D. Shirman, V.N. Manjos. - M .: Radio and communications, 1981. - 416 p.]:

где

- вектор сигнала, принимаемого АФАР;

,

- вектор сигнала, принимаемого n-ой секцией АФАР; y_i,

- i-й пространственный отсчет сигнала, принимаемого i-м приемопередающим элементом 1 АФАР;

,

- вектор переотраженного (переизлученного) ЮС, формируемый m-м потребителем на полотне АФАР;

,

- вектор переотраженного (переизлученного) юстировочного сигнала, формируемого m-м потребителем на n-ой секции полотна АФАР;

,

i-й пространственный отсчет переотраженного (переизлученного) юстировочного сигнала, формируемого m-м потребителем на i-м приемопередающим элементе 1 полотна АФАР;

- вектор пространственно-некоррелированного фонового излучения, включая шумы приемных каналов АФАР.Where

- the vector of the signal received by the AFAR;

,

- the vector of the signal received by the n-th section of the AFAR; y _i

- i-th spatial reference signal received by the i-th transceiver element 1 AFAR;

,

- the vector of the re-reflected (re-emitted) US formed by the m-th consumer on the AFAR canvas;

,

- the vector of the re-reflected (re-emitted) adjustment signal generated by the m-th consumer on the n-th section of the AFAR fabric;

,

i-th spatial readout of the re-reflected (re-emitted) adjustment signal generated by the m-th consumer on the i-th transceiver element 1 of the AFAR web;

- the vector of spatially uncorrelated background radiation, including the noise of the receiving channels of the AFAR.

В заявляемой АФАР пространственный размер (длина) каждой из секций ее полотна выбирается исходя из условия линейности фазового фронта принимаемого юстировочного сигнала, переотраженного (переизлученного) каждым из потребителей в пределах каждой из секций, т.е.:In the claimed AFAR, the spatial size (length) of each of the sections of its canvas is selected based on the condition of linearity of the phase front of the received adjustment signal, reflected (re-emitted) by each of the consumers within each of the sections, i.e.:

где

- значение поканального фазового набега, создаваемого сигналом m-го потребителя на n-й секции полотна АФАР; d - расстояние между фазовыми центрами антенн приемопередающих элементов 1 полотна АФАР;

- значение угловой координаты m-го потребителя относительно нормали к n-й секции полотна АФАР, что поясняется рисунком фиг. 3.Where

- the value of the channel-by-channel phase incursion created by the signal of the m-th consumer on the n-th section of the AFAR web; d is the distance between the phase centers of the antennas of the transceiver elements 1 of the AFAR fabric;

- the value of the angular coordinate of the m-th consumer relative to the normal to the n-th section of the AFAR web, which is illustrated by the figure of FIG. 3.

Переотраженный (переизлученный) котировочный сигнал, принятый каждым из приемопередающих элементов 1 через соответствующий ему приемопередающий модуль 2 подается на соответствующий АЦП 7, которые объединены в N групп по числу секций полотна АФАР, каждая из которых содержит L АЦП 7. Оцифрованные сигналы с выходов АЦП 7 каждой из групп поступает на соответствующее цифровой вычислитель 10 юстировочных коэффициентов, алгоритм работы которых основан на представлении сигнала, принятого n-ой секцией полотна АФАР и оцифрованного соответствующей группой АЦП 7 в виде параметрической модели [Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2003. 416 с.]:The re-reflected (re-emitted) quotation signal received by each of the transceiver elements 1 through its corresponding transceiver module 2 is fed to the corresponding ADC 7, which are combined into N groups according to the number of sections of the AFAR fabric, each of which contains L ADCs 7. Digitized signals from the outputs of the ADC 7 each of the groups receives 10 adjustment coefficients on the corresponding digital computer, the operation algorithm of which is based on the representation of the signal received by the nth section of the AFAR web and digitized by the corresponding uppoy ADC 7 as a parametric model [defense radar systems from interference. Status and development trends. / Ed. A.I. Kanaschenkova and V.I. Merkulova. M .: Radio engineering, 2003. 416 p.]:

где

- матрица Вандермонда [Гантмахер, Ф.Р. Теория матриц / Ф.Р. Гантмахер. - М.: Наука, 1988. - 552 с.], составленная из векторов столбцов, характеризующих волновой фронт юстировочного сигнала, переотраженного (переизлученного) потребителями, регистрируемый приемопередающим элементом 1 n-ой секции полотна АФАР;

- вектор комплексных амплитуд юстировочного сигнала, переотраженного (переизлученного) потребителями, регистрируемый первым приемопередающим элементом 1 n-й секции полотна АФАР.Where

- Vandermonde matrix [Gantmakher, F.R. Matrix Theory / F.R. Gantmakher. - M .: Nauka, 1988. - 552 p.], Composed of column vectors characterizing the wavefront of the alignment signal, reflected (re-emitted) by consumers, recorded by the transceiver element 1 of the nth section of the AFAR web;

- the vector of complex amplitudes of the alignment signal, reflected (re-emitted) by consumers, recorded by the first transceiver element of the 1st n-th section of the AFAR web.

Введем обозначения -

,

, что позволяет модель (2) представить в виде:We introduce the notation

,

, which allows model (2) to be represented as:

при условии

.provided

.

В рамках заявляемой АФАР, система уравнений (5) рассматривается как параметрическая аппроксимация юстировочного сигнала, принятого приемопередающими элементами 1 n-й секцией полотна АФАР от Μ потребителей, находящихся в зоне Фраунгофера. В этом случае значения юстировочных коэффициентов

,

могут быть найдены из условия минимизации среднеквадратической ошибки аппроксимации юстировочного сигнала, принятого приемопередающими элементами 1 n-й секции полотна АФАР моделью (6) [Марпл-мл., С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С.Л. Марпл-мл. - М.: Мир, 1990. - 584 с.]:In the framework of the claimed AFAR, the system of equations (5) is considered as a parametric approximation of the alignment signal received by the transceiver elements of the 1st n-th section of the AFAR web from Μ consumers located in the Fraunhofer zone. In this case, the values of the adjustment coefficients

,

can be found from the condition of minimizing the standard error of the approximation of the alignment signal received by the transceiver elements of the 1st n-th section of the AFAR web model (6) [Marple ml., S.L. Digital spectral analysis and its applications / S.L. Marple ml. - M .: Mir, 1990. - 584 p.]:

где

- вектор параметров модели (6);

- значение вектора параметров Wⁿ, при котором целевой функционал

достигает своего минимума;

- целевой функционал, являющийся дисперсией ошибки аппроксимации юстировочного сигнала от Μ потребителей, принятого n-й секцией полотна АФАР:Where

- vector of model parameters (6);

is the value of the parameter vector W ⁿ at which the target functional

reaches its minimum;

- the target functional, which is the dispersion of the approximation error of the adjustment signal from Μ consumers, adopted by the n-th section of the AFAR web:

Вектор параметров Wⁿ определяет котировочный сигнал, принятый приемопередающим элементом 1 n-й секцией полотна АФАР, в котором значение фазы

,

определяет поканальный (относительно первого приемопередающего элемента 1 n-й секцией полотна АФАР) фазовый набег юстировочного сигнала m-го потребителя на n-й секции полотна АФАР.The vector of parameters W ⁿ determines the quote signal received by the transceiver element 1 of the n-th section of the AFAR fabric, in which the phase value

,

determines the per-channel (relative to the first transceiver element 1, the nth section of the AFAR web) phase incursion of the adjustment signal of the m-th consumer on the n-th section of the AFAR web.

Вектор параметров W=(W¹,W²,K,W^N)^T определяет юстировочный сигнал, принятый АФАР.The parameter vector W = (W ¹ , W ² , K, W ^N ) ^T determines the alignment signal received by the AFAR.

Задача оценки значений вектора параметров Wⁿ, при котором функционал

достигает своего минимума, рассматривается как задача нелинейной фильтрации [Тихонов, В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем / В.И. Тихонов, В.Н. Харисов. - М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.], в рамках которой уравнение наблюдения сигнала (3), принятого n-й секцией полотна АФАР представляется в виде [Ширман, Я.Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.]:The task of estimating the values of the parameter vector W ⁿ for which the functional

reaches its minimum, is considered as a nonlinear filtering problem [Tikhonov, V.I. Statistical analysis and synthesis of radio engineering devices and systems / V.I. Tikhonov, V.N. Harisov. - M .: Radio and communications, 1991. - 608 p.], In which the equation for observing the signal (3) adopted by the nth section of the AFAR canvas is presented in the form [Shirman, Y.D. Theory and technique of processing radar information against a background of interference / Ya.D. Shirman, V.N. Manjos. - M .: Radio and communications, 1981. - 416 p.]:

где

- вектор пространственно-некоррелированного фонового излучения, включая шумы приемных каналов n-й секции полотна АФАР, а динамика изменения вектора параметров Wⁿ задается моделью вида [Зайцев, А.Г. Алгоритм пространственного разделения коррелированных сигналов источников излучения / А.Г. Зайцев, В.М. Мачулин, И.П. Шепеть, С.В. Ягольников // Радиотехника. - 2001. - №5. - С. 92-95]:Where

- the vector of spatially uncorrelated background radiation, including the noise of the receiving channels of the nth section of the AFAR web, and the dynamics of the change in the parameter vector W ⁿ is set by the model of the form [Zaitsev, A.G. The spatial separation algorithm of correlated signals of radiation sources / A.G. Zaitsev, V.M. Machulin, I.P. Shepet, S.V. Yagolnikov // Radio engineering. - 2001. - No. 5. - S. 92-95]:

где

- диагональная матрица с элементами, характеризующими скорость изменения вектора параметров Wⁿ;

- вектор формирующего белого шума с матрицей дисперсий

(I - единичная матрица).Where

- diagonal matrix with elements characterizing the rate of change of the parameter vector W ⁿ ;

is a vector of forming white noise with a dispersion matrix

(I is the identity matrix).

В рамках рассмотренных моделей указанная задача решается в гауссовом приближении [Тихонов, В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем / В.И. Тихонов, В.Н. Харисов. - М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.], что позволяет алгоритм работы цифровых вычислителей 10 юстировочных коэффициентов определить следующими уравнениями [Зайцев, А.Г. Алгоритм пространственного разделения коррелированных сигналов источников излучения / А.Г. Зайцев, В.М. Мачулин, И.П. Шепеть, С.В. Ягольников // Радио-техника. - 2001. - №5. - С. 92-95]:Within the framework of the considered models, this problem is solved in the Gaussian approximation [Tikhonov, V.I. Statistical analysis and synthesis of radio engineering devices and systems / V.I. Tikhonov, V.N. Harisov. - M .: Radio and communications, 1991. - 608 p.], Which allows the algorithm of digital computers 10 adjustment coefficients to determine the following equations [Zaitsev, A.G. The spatial separation algorithm of correlated signals of radiation sources / A.G. Zaitsev, V.M. Machulin, I.P. Shepet, S.V. Yagolnikov // Radio engineering. - 2001. - No. 5. - S. 92-95]:

уравнением оценки вектора измеряемых параметров:equation for estimating the vector of measured parameters:

где Εⁿ=Yⁿ-AⁿBⁿ - векторный сигнал ошибки аппроксимации ЮС, принятого приемопередающего элемента 1 n-й секции полотна АФАР моделью (9);where Ε ⁿ = Y ⁿ -A ⁿ B ⁿ is the vector signal of the approximation error of the US received by the transceiver element 1 of the nth section of the AFAR web model (9);

уравнением корреляционной матрицы ошибок фильтрации:the equation of the correlation matrix of filtering errors:

где

;Where

;

уравнением коэффициента усиления:gain equation:

На фиг. 4, 5 представлены результаты имитационного моделирования работы цифровых вычислителей 10 юстировочных коэффициентов, в соответствии с уравнениями (11)-(13). Моделировалась двухцелевая ситуация, когда потребители находились под углами к нормали АФАР соответственно θ₁=5°, θ₁=25° (фиг. 4) и трех целевая ситуация - θ₁=10°, θ₁=30°, θ₁=-45° (фиг. 5), при количестве приемопередающих элементов 1 в каждой из секций полотна АФАР равным L=10 и отношении сигнал/шум равном 3 дБ. Результаты имитационного моделирования подтверждают работоспособность алгоритмов работы цифровых вычислителей 10 юстировочных коэффициентов.In FIG. 4, 5, the results of simulation modeling of the operation of digital computers of 10 adjustment coefficients are presented, in accordance with equations (11) - (13). A two-target situation was simulated, when consumers were at angles to the normal AFAR respectively θ ₁ = 5 °, θ ₁ = 25 ° (Fig. 4) and three target situations - θ ₁ = 10 °, θ ₁ = 30 °, θ ₁ = - 45 ° (Fig. 5), with the number of transceiver elements 1 in each of the sections of the AFAR canvas equal to L = 10 and the signal-to-noise ratio equal to 3 dB. The results of simulation confirm the efficiency of the algorithms of digital computers 10 adjustment coefficients.

Каждый из N цифровых вычислителей 10 юстировочных коэффициентов, в соответствии с уравнениями (11)-(13) осуществляет оценку вектора юстировочных коэффициентов

, первые Μ координат которого определяют межэлементный (относительно первого (опорного) приемопередающего элемента 1 соответствующей секции АФАР) фазовый набег юстировочного сигнала m-го потребителя:Each of N digital calculators 10 adjustment coefficients, in accordance with equations (11) - (13) evaluates the vector of adjustment coefficients

, the first Μ of coordinates of which determine the inter-element (relative to the first (reference) transceiver element 1 of the corresponding AFAR section) phase incursion of the adjustment signal of the m-th consumer:

где

;

- значение угловой координаты m-го потребителя относительно нормали к n-й секции АФАР, а оставшиеся Μ координат вектора юстировочных коэффициентов

,

- комплексные амплитуды m-го юстировочного сигнала на первом (опорном) приемопередающего элемента 1 секции АФАР.Where

;

- the value of the angular coordinate of the m-th consumer relative to the normal to the n-th section of the AFAR, and the remaining Μ coordinates of the vector of adjustment coefficients

,

- complex amplitudes of the m-th adjustment signal on the first (reference) transceiver element 1 of the AFAR section.

Результатом работы N цифровых вычислителей 10 юстировочных коэффициентов заявляемой АФАР является сформированное множество векторов

,

, которые поступают в цифровой блок 11 сопоставления, в котором определяется соответствие номера потребителя значению соответствующего коэффициента в векторе юстировочных коэффициентов соответствующей секции АФАР.The result of the work of N digital calculators 10 adjustment coefficients of the claimed AFAR is a formed set of vectors

,

that go to the digital block 11 comparison, which determines the correspondence of the consumer number to the value of the corresponding coefficient in the vector of adjustment coefficients of the corresponding section AFAR.

Результатом работы цифрового блока 11 сопоставления является множество векторов

,

, характеризующих поканальный фазовый набег на каждой из секции полотна АФАР формируемый юстировочным сигналом, соответствующий m-му потребителю.The result of the operation of the digital block 11 matching is a lot of vectors

,

characterizing the channel-by-channel phase incursion on each of the sections of the AFAR web formed by the alignment signal corresponding to the m-th consumer.

По команде блока 12 сигналы управления, определяемые значениями координат вектора

, соответствующего m-му потребителю, выбранного для формирования с ним канала связи, подаются на управляющие входы первого фазовращателя 16 каждого l-го приемопередающего модуля 2 n-й секции полотна АФАР в соответствии с правилом:At the command of block 12, control signals determined by the coordinates of the vector

corresponding to the m-th consumer selected to form a communication channel with it, are fed to the control inputs of the first phase shifter 16 of each l-th transceiver module 2 of the n-th section of the AFAR blade in accordance with the rule:

где

- сигнал управления подаваемый на управляющий вход первого фазовращателя 16 n-й секции полотна АФАР, соответствующий устанавливаемому фазовому сдвигу, равному:

.Where

- a control signal supplied to the control input of the first phase shifter 16 of the n-th section of the AFAR blade, corresponding to an established phase shift equal to:

.

Установлением значений соответствующих фазовых сдвигов на управляющих входах первого фазовращателя 16 каждого приемопередающего модуля 2 соответствующих секций полотна АФАР завершается этап юстировки АФАР.By setting the values of the corresponding phase shifts at the control inputs of the first phase shifter 16 of each transceiver module 2 of the corresponding sections of the AFAR web, the step of adjusting the AFAR is completed.

2 этап. Излучение сигнала.2 stage. Signal emission.

Сигнал, требуемый для передачи m-му потребителю, сгенерированный задающим генератором 9 через делитель 6 подается на вход каждого из управляемых фазовращателей 5 передающего канала АФАР, пройдя который, получает фазовый сдвиг в соответствии со значением, установленным на его управляющем входе блоком 12 управления положением диаграммы направленности АФАР, подается на вход усилителя 4 мощности, где усиливается и через соответствующий делитель 3 мощности и соответствующий приемопередающий модуль 2 подается на соответствующий приемопередающий элемент 1 с последующим излучением в пространство в направлении m-го потребителя.The signal required for transmission to the m-th consumer, generated by the master oscillator 9 through a divider 6, is fed to the input of each of the controlled phase shifters 5 of the AFAR transmitting channel, passing through which, it receives a phase shift in accordance with the value set at the control input by the position control unit 12 of the diagram directional AFAR, is fed to the input of the power amplifier 4, where it is amplified and through the corresponding power divider 3 and the corresponding transceiver module 2 is fed to the corresponding transceiver element 1 with subsequent radiation into space in the direction of the m-th consumer.

В соответствии с вышеизложенным множитель направленности заявляемой АФАР в направлении m-го потребителя записывается в виде [Сазонов, Д.М. Антенны и устройства СВЧ / Д.М. Сазонов. - М.: Высш. Шк., 1988. - 432 с.]:In accordance with the foregoing, the directivity factor of the claimed AFAR in the direction of the m-th consumer is recorded as [Sazonov, D.M. Antennas and microwave devices / D.M. Sazonov. - M .: Higher. Shk., 1988. - 432 p.]:

где

- комплексная амплитуда возбуждения излучателя с номером "n", определяется управляющим сигналом, подаваемым блоком 12 управления положением диаграммы направленности АФАР на управляющий вход управляемого фазовращателя 5 соответствующей секции полотна АФАР.Where

- the complex excitation amplitude of the emitter with the number "n" is determined by the control signal supplied by the AFAR beam position control unit 12 to the control input of the controlled phase shifter 5 of the corresponding AFAR web section.

Внутренняя сумма в (16) определяет диаграмму направленности секции АФАР, внешняя - компенсацию фазового набега на трассе распространения "m-й излучатель - n-я секция полотна АФАР".The internal sum in (16) determines the radiation pattern of the AFAR section, and the external sum determines the compensation of the phase incursion along the propagation path “m-th emitter - nth section of the AFAR web”.

В рамках выполнения приближения геометрической оптики [Кремер, И.Я Пространственно-временная обработка сигналов / И.Я Кремер, А.И Кремер, В.М. Петров и др., под ред. И.Я. Кремера. - М.: Радио и связь, 1984. - 224 с.], когда влиянием соседних излучателей можно пренебречь, заявляемая АФАР рассматривается как антенная решетка, элементом которой выступает секция полотна АФАР. На рисунке фиг. 6 без учета направленных свойств приемопередающего элемента 1 представлено нормированное амплитудное распределение, формируемое в картинной плоскости m-го потребителя заявляемой АФАР. Потребитель находился по углом θ_m=0° относительно нормали к полотну АФАР. Моделировалась АФАР с количеством приемопередающих элементов, равным NL=30, объединенных в секции по L=10 (сплошная линия) и L=5 (штрих-пунктирная линия) элементов. Как следует из представленных рисунков, заявляемая АФАР, в условии амплитудно-фазовых флуктуаций сигнала по раскрыву ее апертуры, формирует ДН в направлении потребителя, что подтверждает ее работоспособность.As part of the approximation of geometric optics [Kremer, I.Ya. Spatial-temporal processing of signals / I.Ya Kremer, A.I. Kremer, V.M. Petrov et al., Ed. AND I. Kremer. - M .: Radio and communications, 1984. - 224 p.], When the influence of neighboring emitters can be neglected, the claimed AFAR is considered as an antenna array, the element of which is a section of the AFAR canvas. In the figure of FIG. 6, without taking into account the directed properties of the transceiver element 1, a normalized amplitude distribution is shown that is formed in the picture plane of the m-th consumer of the claimed AFAR. The consumer was at an angle θ _m = 0 ° relative to the normal to the AFAR web. An AFAR was simulated with the number of transceiver elements equal to NL = 30, combined in sections by L = 10 (solid line) and L = 5 (dash-dotted line) elements. As follows from the presented figures, the claimed AFAR, in the condition of amplitude-phase fluctuations of the signal by opening its aperture, forms a pattern in the direction of the consumer, which confirms its performance.

В соответствии с [Шифрин, Я.С. Вопросы статистической теории антенн / Я.С. Шифрин, М.: Сов. радио, 1970, 384 с.] величина коэффициента направленного действия заявляемой АФАР составит:In accordance with [Shifrin, Ya.S. Questions of the statistical theory of antennas / Ya.S. Shifrin, M .: Sov. radio, 1970, 384 pp.] the magnitude of the directional coefficient of the claimed AFAR will be:

где D₀ - коэффициент направленного действия АФАР в отсутствии ошибок в АФР по раскрыву АФАР;

- дисперсия фазовых ошибок по раскрыву АФАР;

, ρ - радиус корреляции фазовых ошибок по раскрыву АФАР; β - дисперсия ошибок оценки фазы юстировочных коэффициентов заявляемой АФАР; d - расстояние между приемопередающими элементами 1 заявляемой АФАР; I(cN, 0,0) - табулированная функция, при экспоненциальной статистики фазовых ошибок определяется в соответствии с выражением:

.where D ₀ - directional coefficient of AFAR in the absence of errors in the AFA according to the disclosure of AFAR;

- the variance of phase errors by disclosing AFAR;

, ρ is the radius of the correlation of phase errors by opening AFAR; β is the variance of the error in estimating the phase of the adjustment coefficients of the claimed AFAR; d is the distance between the transceiver elements 1 of the claimed AFAR; I (cN, 0,0) is a tabulated function, with exponential statistics of phase errors is determined in accordance with the expression:

.

На рисунке фиг. 7 представлена зависимость относительного снижения коэффициента направленного действия заявляемой АФАР:In the figure of FIG. 7 shows the dependence of the relative decrease in the coefficient of directional effect of the claimed AFAR:

определяемая, с использованием выражения (17).determined using expression (17).

При N=1 (β=0), что соответствует прототипу заявляемой АФАР, величина относительного снижения КНД, при с=0,6 составит

.When N = 1 (β = 0), which corresponds to the prototype of the claimed AFAR, the value of the relative decrease in KND, with c = 0.6 will be

.

Рост числа секций в n раз, при фиксированной длине антенной решетки, приводит к такому же эффекту, как и увеличении в n раз радиуса корреляции флуктуаций - снижению потерь в коэффициенте направленного действия АФАР. Так, для N=10 величина относительного снижения коэффициента направленного действия составит

, что соответствует, при прочих равных условиях, увеличению уровня передаваемого сигнала потребителю по сравнению с АФАР прототипа и подтверждает заявленный технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих условия, при которых поддерживается постоянный уровень сигнала, принимаемого потребителем в создаваемом многолучевой самофокусирующейся антенной решеткой канале связи, независимо от ее относительного пространственного размера.An increase in the number of sections by n times, with a fixed length of the antenna array, leads to the same effect as an increase of n times the radius of the correlation of fluctuations - a decrease in losses in the directional coefficient of AFAR. So, for N = 10, the value of the relative decrease in the coefficient of directional action will be

, which corresponds, ceteris paribus, to an increase in the level of the transmitted signal to the consumer in comparison with the AFAR of the prototype and confirms the claimed technical result, which consists in expanding the functionality by introducing an additional arsenal of technical means providing conditions under which a constant level of the signal received by the consumer is maintained at a communication channel created by a multi-beam self-focusing antenna array, regardless of its relative spatial measure.

Claims

1. A multi-beam self-focusing antenna array containing N sections of L transceiver elements and L transceiver modules, the input-output of each of which is connected to the input of the output of its corresponding transceiver element, a diagram-forming unit consisting of N circuits, each of which contains a series connected connected a phase shifter, a power amplifier and a power divider, the group of outputs of each of which is connected to the first inputs of the transceiver modules of the corresponding section, defining a herator, a signal divider of the master oscillator, the input of which is connected to the output of the master oscillator, and each output of the group of outputs is connected to the input of the corresponding controlled phase shifter, a beam position control unit, each output of the group of outputs of which is connected to the control input of the controlled phase shifter, and also a receiving unit, the group of inputs of which is connected to the outputs of the transceiver modules, characterized in that N × L analog-to-digital converters are introduced, the input of each of which is connected n with the output of the corresponding transceiver module, N digital calculating coefficient calculators, the inputs of each of which are connected to the outputs of the analog-to-digital converters, the inputs of which are connected to the outputs of the transceiving modules of the corresponding section, a digital matching unit, the inputs of which are connected to the outputs of the N digital quotation calculators , and each of the outputs is connected to the second input of the corresponding transceiver module, the third inputs of which are connected to the output of the receiving unit ka.

2. The device according to p. 1, characterized in that the transceiver module is made in the form of series-connected first matching amplifier, the input of which is the first input of the receiving-transmitting module, the first attenuator, the second matching amplifier, the first phase shifter, the second input of which is combined with the second input of the first attenuator and is the second input of the transceiver module, the third matching amplifier, a preliminary power amplifier, a terminal power amplifier, a switch, the input-output of which is the output transceiver module, the second protective unit, low-noise amplifier, the fourth matching amplifier, the second phase shifter, the fifth matching amplifier, the second attenuator, the second input of which is combined with the second input of the low-noise amplifier and is the third input of the transceiver module, and the sixth matching amplifier, the output of which is the output of the transceiver module.