RU1838852C

RU1838852C - Method of formation of directivity pattern of discrete receiving array

Info

Publication number: RU1838852C
Application number: SU904892774A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Медведев
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Priority date: 1990-12-19
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1993-08-30

Abstract

Использование: в антенной технике дл формировани диаграмм направленности дискретных приемных антенн с целью сокращени числа приемных элементов при сохранении ширины характеристики направленности . Сущность изобретени : способ заключаетс во временной задержке прин тых приемными элементами сигналов и их последующим суммированием дл каж- дОй группы элементов, перемножении уровней суммарных сигналов, причем шаг расположени первой группы приемных элементов выбирают равным di меньше/равно А/2, а шаг расположени последующих групп выбирают равным KI где I - номер группы, К - коэффициент разрежени , 4 ил,Usage: in antenna technology for generating radiation patterns of discrete receiving antennas in order to reduce the number of receiving elements while maintaining the width of the radiation pattern. SUMMARY OF THE INVENTION: the method consists in temporarily delaying the signals received by the receiving elements and then summing them for each group of elements, multiplying the levels of the total signals, the step of arranging the first group of receiving elements being chosen equal to di less / equal to A / 2, and the step of arranging the subsequent ones groups are chosen equal to KI where I is the group number, K is the rarefaction coefficient, 4 sludge,

Description

СОWith

сwith

Изобретение относитс к антенной технике , в частности, к технике дискретных антенных решеток и может быть использован дл формировани диаграмм направленности , например, акустических приемных антенн , сформированных из микрофонов или гидрофонов, а также в других област х науки и техники, в которых используютс дискретные приемные антенны.The invention relates to antenna technology, in particular, to the technology of discrete antenna arrays and can be used to generate radiation patterns, for example, acoustic receiving antennas formed from microphones or hydrophones, as well as in other fields of science and technology that use discrete receiving antennas antennas.

Дл получени высокой пространственной избирательности линейной антенны используютс мультипликативные антенны. Основным недостатком таких антенн вл етс аппаратурна сложность обработки сигналов с выходов приемных элементов. Кроме того, мультипликативные антенны работают удовлетворительно только при условии высоких отношений сигнал/помеха.Multiplicative antennas are used to obtain the high spatial selectivity of the linear antenna. The main disadvantage of such antennas is the hardware complexity of processing signals from the outputs of the receiving elements. In addition, multiplicative antennas work satisfactorily only with high signal-to-noise ratios.

В качестве прототипа целесообразно прин ть способ формировани диаграммыAs a prototype, it is advisable to adopt a method of forming a diagram

направленности дискретной эквидистантной компенсированной антенны. Сущность его состоит в том, что сигналы от каждого приемного элемента антенны задерживают на некоторые величины, а задержанные сигналы складывают. На основании формул (5.4) и(5.36)указанной книги получаем выражение , св зывающее ширину o&j характеристики эквидистантной антенны, ее длину I и число приемников п в виде:directivity of a discrete equidistant compensated antenna. Its essence is that the signals from each receiving element of the antenna are delayed by some values, and the delayed signals are added up. Based on formulas (5.4) and (5.36) of this book, we obtain an expression relating the width o & j of the characteristics of the equidistant antenna, its length I and the number of receivers n in the form:

51А 102m аол - -г-ав;ггт7 (1-) 51A 102m aol - -g-av; ggt7 (1-)

II

п-2 между приемными эледл рассто ни ментами:p-2 between receiving eldl distances:

н- Аon the

О -п ,Oh,

где А- длина волны принимаемого сигнала. Таким образом, ширина характеристики направленности жестко св зана с числом приемных элементов, что и вл етс недо00 00 00 00 СПwhere A is the wavelength of the received signal. Thus, the width of the directivity characteristic is strictly related to the number of receiving elements, which is an under00 00 00 SP

юYu

0000

статком такой антенны, Действительно, если необходимо обеспечить узкую характеристику направленности приемной антенны, необходимо большое число приемных элементов, такое же число каналов св зи между приемными элементами и ли ний задержки, осуществл ющих .компенсацию антенны. Все это существенно усложн ет реализацию дискретной приемной антенны с заданной шириной характеристики направленности.If such a antenna is used, it is true that if it is necessary to provide a narrow directivity characteristic of the receiving antenna, a large number of receiving elements, the same number of communication channels between the receiving elements and delay lines performing antenna compensation are necessary. All this significantly complicates the implementation of a discrete receiving antenna with a given width of directivity.

Целью изобретени вл етс уменьшение числа приемных элементов при сохранении ширины характеристики направленности приемной антенны.The aim of the invention is to reduce the number of receiving elements while maintaining the width of the directivity of the receiving antenna.

Поставленна цель достигаетс тем, что приемные элементы и соответствующие им управл емые линии задержки разбивают на п групп, суммируют задержанные сигналы в каждой группе и перемножают уровни суммарных сигналов. Первую из групп составл ют из приемных элементов, расположенных с шагом di, выбираемым из услови получени характеристики направленности с заданным числом главных максимумов , последующие группы составл ют из приемных элементов, расположенных с шагом (M)-Ki. где I - номер группы, Kj - коэффициент разрежени . Коэффициент разрежени каждой группы выбирают таким образом, чтобы все дополнительные главные максимумы характеристик направленности последующих групп совпадали с нул ми характеристики направленности хот бы одной из групп. Фазовые центры всех групп совмещают друг с другом.The goal is achieved in that the receiving elements and their associated controlled delay lines are divided into n groups, the delayed signals in each group are summarized and the levels of the total signals are multiplied. The first of the groups is made up of receiver elements arranged with a step di selected from the condition of obtaining a directivity characteristic with a given number of principal maxima; the subsequent groups are composed of receiver elements arranged with a step (M) -Ki. where I is the group number, Kj is the rarefaction coefficient. The rarefaction coefficient of each group is chosen so that all additional principal maxima of the directivity characteristics of subsequent groups coincide with zeros of the directivity characteristics of at least one of the groups. The phase centers of all groups combine with each other.

На фиг. 1 показана структурна схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг, 2 - характеристика направленности первой группы из 7 приемников; на фиг. 3 - характеристика направленности второй группы 7 из приемников при коэффициенте разрежени на фиг. 4 - результирующа характеристика направленности дискретной антенны.In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method; in Fig.2 - the directivity characteristic of the first group of 7 receivers; in FIG. 3 is a directivity characteristic of a second group 7 of receivers with a rarefaction coefficient in FIG. 4 is the resulting directivity pattern of a discrete antenna.

Сущность предлагаемого технического решени по сн етс на основе анализа работы устройства, реализующего способ формировани характеристики направленности дискретной приемной антенны, образуемой двум группами по 7 приемных элементов (см. фиг. 1). При дальнейшем рассмотрении будем считать, что имеет место достаточно большое отношение сигнал/помеха , поэтому погрешности формировани характеристики направленности, не учитываем . Первую группу образуют приемные элементы 1i-1. Втора группа составлена из элементов 2i-2. Выходы приемных элементов 1 i.-l соединены со входами первыхThe essence of the proposed technical solution is explained on the basis of an analysis of the operation of a device that implements a method for generating the directivity characteristics of a discrete receiving antenna formed by two groups of 7 receiving elements (see Fig. 1). Upon further consideration, we assume that a sufficiently large signal / noise ratio takes place, therefore, we do not take into account the errors in the formation of the directivity characteristics. The first group is formed by the receiving elements 1i-1. The second group is composed of elements 2i-2. The outputs of the receiving elements 1 i.-l are connected to the inputs of the first

00

55

00

55

00

55

00

55

управл емых линий задержки, а выходы второй группы элементов 2i-2 соединены со входами вторых управл емых линий 4i-4 задержки. Выходы первых линий задержки соединены со входами первого сумматора 5, выход которого через первый детектор 6 соединен с первым входом перемножител 7 уровней. Выходы второй группы линий 4t-47 задержки соединены со входами второго сумматора 8, выход которого через второй детектор 9 соединен со вторым входом перемножител 7 уровней, выход которого вл етс выходом устройства в целом.controlled delay lines, and the outputs of the second group of elements 2i-2 are connected to the inputs of the second controlled delay lines 4i-4. The outputs of the first delay lines are connected to the inputs of the first adder 5, the output of which through the first detector 6 is connected to the first input of the level multiplier 7. The outputs of the second group of delay lines 4t-47 are connected to the inputs of the second adder 8, the output of which through the second detector 9 is connected to the second input of the level multiplier 7, the output of which is the output of the device as a whole.

Пусть требуетс синтезировать диаграмму направленности дискретной прием ной антенны с одним главным максимумом. Тогда шаг расположени элементов первойSuppose you want to synthesize the radiation pattern of a discrete receive antenna with one main maximum. Then the step of arranging the elements first

группы Ь-17 выбираем с условием d -n,groups b-17 we choose with the condition d -n,

где Я - наименьша длина волны рабочего диапазона частот. Вторую группу составл ем из приемных элементов, расположенных с шагом da большим, чем шаг eh. При этом втора группа гидрофонов будет иметь характеристику направленности, обладающую несколькими главными максимумами, ширина которых, согласно (1) определ етс длиной L второй группы гидрофонов. Шаг расположени второй группы приемных элементов 2i-2r выбираем из услови совпадени угловых положений нулей характеристики направленности первой группы и максимумов характеристики второй группы, которое можно записать в виде:where I - the smallest wavelength of the working frequency range. The second group consists of receiving elements located with a step da larger than the step eh. In this case, the second group of hydrophones will have a directivity characteristic having several main maxima, the width of which, according to (1), is determined by the length L of the second group of hydrophones. The location step of the second group of receiving elements 2i-2r is selected from the condition that the angular positions of the zeros of the directivity characteristics of the first group coincide with the maximums of the characteristics of the second group, which can be written as:

St Я .St I.

nTdv-ВТ{) где Si - пор дковый номер нул характеристики направленности первой группы, щ - число элементов первой группы, та - пор дковый номер максимума характеристики направленности второй группы, d2 - шаг расположени элементов второй группы, Я - длина волны сигнала. Введем в рассмотрение отношениеnTdv-BT {) where Si is the sequence number zero of the directivity characteristics of the first group, u is the number of elements of the first group, t is the sequence number of the maximum directivity characteristics of the second group, d2 is the spacing of the elements of the second group, and I is the signal wavelength. We introduce the relation

d2.d2.

эт-К2et-K2

(3).(3).

где К2 - коэффициент разрежени второй группы (по сравнению с di) и перепишем (2) в видеwhere K2 is the rarefaction coefficient of the second group (compared with di) and rewrite (2) in the form

Si ГО2 П1 «2Si GO2 P1 "2

ПP

откуда К2 where is K2

ЗК/.)Следовательно , если, например, выбрать К2-П1, то нули характеристики направленности первой группы совпадают с максимумами того же номера характеристиZK /.) Therefore, if, for example, K2-P1 is chosen, then the zeros of the directivity characteristics of the first group coincide with the maxima of the same characteristic number

ки направленности второй группы (при Sirm2i, где ,2,,..). Перемножение двух характеристик направленности осуществл етс путем измерени уровней сигналов с выходов сумматоров 5 и 8 первой и второй групп приемных элементов с помощью де- те торов 6 и 9 и перемножени этих уровней с помощью перемножител 7 уровней. В результате перемножени характеристик направленности двух групп приемных элементов , фазовые центры которых совмещены (центральный приемный элемент первой группы вл етс одновременно центральный элементом второй группы), получим ре- зультирующуюхарактеристику, обладающую одним главным максимумом, ширина которого определ етс линейной длиной L всей дискретной антенны в целом. Следует отметить, что число групп приемных элементов может быть увеличено при выполнении услови совпадени угловых положений максимумов характеристик направленности последующих групп с угловыми положени ми нулей хот бы одной из предыдущих. Ki directionality of the second group (with Sirm2i, where, 2 ,, ..). The multiplication of two directivity characteristics is carried out by measuring the signal levels from the outputs of the adders 5 and 8 of the first and second groups of receiving elements with the help of detectors 6 and 9 and multiplying these levels with the help of a multiplier of 7 levels. As a result of multiplying the directivity characteristics of two groups of receiving elements whose phase centers are aligned (the central receiving element of the first group is simultaneously the central element of the second group), we obtain a resulting characteristic having one main maximum, the width of which is determined by the linear length L of the entire discrete antenna in whole. It should be noted that the number of groups of receiving elements can be increased under the condition that the angular positions of the maxima of the directivity characteristics of the subsequent groups coincide with the angular positions of zeros of at least one of the previous ones.

Таким образом, экономический эффект от внедрени предполагаемого изобретени определитс существенным упрощением аппаратуры за счет сокращени числа рйбочих каналов. Экономический эффект теЦ выше, чем более узкой характеристикой направленности должна обладать проектируема дискретна приемна антенна. Наибольший эффект достигаетс приThus, the economic effect of the implementation of the proposed invention will be determined by a significant simplification of the equipment by reducing the number of operating channels. The economic effect of tec is higher than the narrower directivity characteristic of the designed discrete receiving antenna. The greatest effect is achieved when

г g

00

15fifteen

20 2520 25

30 thirty

реализации по предлагаемому способу пространственных антенных решеток, т.к. эффекты сокращени числа элементов вдоль взаимно перпендикул рных осей перемножаютс .implementation of the proposed method of spatial antenna arrays, because the effects of reducing the number of elements along mutually perpendicular axes are multiplied.

Claims

Formula of the invention A method for generating the directivity characteristics of a discrete receiving antenna array, which consists in temporarily delaying the signals received by the receiving elements and then summing them, characterized in that, in order to reduce the number of receiving elements while maintaining the directivity characteristic width, the time delay of the received signals and their subsequent summation is carried out for each group of receiving elements, the levels of the total signals are multiplied, and the step of the location of the receiving elements the first group is chosen equal to ch D / 2, and the step of the location of the receiving elements of the subsequent groups is chosen equal to (H) Ki, where, 3.4. N group number; Ki is the rarefaction coefficient equal to the number of elements of the previous group divided by the number zero of the directivity characteristics of the previous group, which coincides in direction with the first diffraction maximum of this group, while the phase centers of all groups coincide.

/ f 4 L

g;

i Fet. 1.

t

I

B 3

B

Ch |

Ј