RU2072525C1 - Directivity pattern shaping method - Google Patents

Directivity pattern shaping method Download PDF

Info

Publication number
RU2072525C1
RU2072525C1 RU93045966A RU93045966A RU2072525C1 RU 2072525 C1 RU2072525 C1 RU 2072525C1 RU 93045966 A RU93045966 A RU 93045966A RU 93045966 A RU93045966 A RU 93045966A RU 2072525 C1 RU2072525 C1 RU 2072525C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
antenna array
sampling
elements
input
Prior art date
Application number
RU93045966A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93045966A (en
Inventor
Е.И. Торгушин
И.Д. Кротов
А.В. Миронов
Р.Н. Михайлов
В.Н. Раскатов
Original Assignee
Нижегородский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нижегородский государственный технический университет filed Critical Нижегородский государственный технический университет
Priority to RU93045966A priority Critical patent/RU2072525C1/en
Publication of RU93045966A publication Critical patent/RU93045966A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2072525C1 publication Critical patent/RU2072525C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: shaping multibeam directivity patterns of radar and sonar receiving antennas, including echo sounding for ocean investigations. SUBSTANCE: method involves reception of signal by means of planar antenna array, sampling of output signals from array antennas, and two-stage shaping of directivity pattern beams separately in bearing and elevation planes, setting of angles ψ and q in bearing and elevation planes, respectively; along with sampling, directivity pattern beam for angle j is shaped and antenna array is corrected for angle q, whereupon set of beams is shaped in elevation plane and then readings of complex signal envelope for each set of beams are separated. EFFECT: improved accuracy of directivity pattern shaping and reduced cost of computing operations. 2 cl, 11 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам формирования многолучевой диаграммы направленности приемных радиолокационных и гидролокационных антенн и, в частности, предназначено для использования в океанографических исследованиях методом многолучевого эхолотирования. The invention relates to methods for generating a multi-beam pattern of receiving radar and sonar antennas and, in particular, is intended for use in oceanographic studies by the method of multi-beam echo sounder.

При многолучевом эхолотировании необходимо обеспечить возможность приема сигналов, отраженных от дна и гидрофизических неоднородностей, с набора направлений в пространстве в пределах некоторого сектора [1] для чего диаграмма направленности при приеме должна иметь вид веера узких лучей. In multipath echo sounders, it is necessary to ensure the possibility of receiving signals reflected from the bottom and hydrophysical inhomogeneities from a set of directions in space within a certain sector [1] for which the radiation pattern at reception should have the form of a fan of narrow rays.

Известен способ формирования диаграммы направленности подобного вида [2, c. 295 296] который заключается в приеме отраженного сигнала посредством антенной решетки, временной задержке выходных сигналов элементов решетки и последующем их суммировании. Недостатком этого способа является сложность его практического воплощения, обусловленная наличием проблем технического характера, которые в основном связаны с необходимостью реализации большого числа стабильных, идентичных и перестраиваемых аналоговых линий задержки. A known method of forming a radiation pattern of this kind [2, p. 295 296] which consists in receiving the reflected signal through the antenna array, the time delay of the output signals of the array elements and their subsequent summation. The disadvantage of this method is the difficulty of its practical implementation, due to the presence of technical problems, which are mainly associated with the need to implement a large number of stable, identical and tunable analog delay lines.

Также известен способ формирования диаграммы направленности [3, c. 110] принятый в качестве прототипа, который заключается в приеме сигнала S(t) (переносчиком которого является акустическая либо электромагнитная волна) посредством плоской антенной решетки, дискретизации выходных сигналов элементов антенной решетки, двухступенчатом формировании лучей диаграммы направленности раздельно в азимутальной и угломестной плоскостях. Согласно данному способу, выходной сигнал xmn(t) произвольного элемента с номером (m, n) антенной решетки размером M * N элементов (см. фиг. 1) посредством дискретизации с частотой Fд преобразуется во временной ряд xmn(lΔ) отсчетов (где l номер отсчета), т. е. выборок xmn(t), взятых с шагом дискретизации Δ = (Fд)-1. Формирование лучей диаграммы направленности в известном способе основано на компенсации временных задержек между моментами поступления фронта принимаемой волны на элементы решетки раздельно в азимутальной и угломестной плоскостях, путем задержки выборок xmn(lΔ) на время, кратное Δ.. При этом выходной сигнал b(lΔ) любого луча из формируемого набора лучей диаграммы направленности также представляет собой временной ряд, для произвольного l-го отсчета которого имеет место соотношение

Figure 00000002

Figure 00000003

где Ym результат формирования луча в азимутальной плоскости;
αm•βn= ωmn весовая функция антенной решетки (амплитудное распределение);
τ1= dx•(C)-1sinθ;, τ2= dy•(C)-1sinΨ пространственные задержки фронта волны между элементами соответственно в угломестной и азимутальной плоскостях;
dx расстояние между элементами антенной решетки в угломестной плоскости (ZOX на фиг. 1), dy расстояние между элементами антенной решетки в азимутальной плоскости (ZOY на фиг. 1), С скорость распространения волны-переносчика сигнала S(t);
θ,Ψ- соответственно угол места и азимут для выбранного луча, т. е. углы между вертикальной осью (Z на фиг. 1) и проекциями вектора
Figure 00000004
, в направлении которого формируется луч, на угломестную и азимутальную плоскости.Also known is a method of forming a radiation pattern [3, p. 110] adopted as a prototype, which consists in receiving the signal S (t) (the carrier of which is an acoustic or electromagnetic wave) through a flat antenna array, sampling the output signals of the antenna array elements, two-stage beam formation separately in the azimuthal and elevation planes. According to this method, the output signal x mn (t) of an arbitrary element with the number (m, n) of the antenna array of size M * N elements (see Fig. 1) by sampling with a frequency F d is converted into a time series x mn (lΔ) of samples (where l is the reference number), i.e., samples x mn (t) taken with a sampling step Δ = (F d ) -1 . The beam formation in the known method is based on the compensation of time delays between the moments of arrival of the front of the received wave on the grating elements separately in the azimuthal and elevation planes, by delaying the samples x mn (lΔ) by a time multiple of Δ .. The output signal b (lΔ ) of any ray from the generated set of beams of the radiation pattern is also a time series, for an arbitrary l-th reference of which the relation
Figure 00000002

Figure 00000003

where Y m is the result of beam formation in the azimuthal plane;
α m • β n = ω mn weight function of the antenna array (amplitude distribution);
τ 1 = d x • (C) -1 sinθ ;, τ 2 = d y • (C) -1 sinΨ spatial delays of the wave front between elements in the elevation and azimuthal planes, respectively;
d x the distance between the elements of the antenna array in the elevation plane (ZOX in Fig. 1), d y the distance between the elements of the antenna array in the azimuthal plane (ZOY in Fig. 1), C the propagation speed of the signal carrier wave S (t);
θ, Ψ - respectively, elevation and azimuth for the selected beam, i.e., the angles between the vertical axis (Z in Fig. 1) and the projections of the vector
Figure 00000004
in the direction of which the beam is formed, on the elevation and azimuthal plane.

Недостатком рассматриваемого способа является ограниченная точность формирования диаграммы направленности. Ограничение точности связано с тем, что данный способ допускает формирование только "синхронных" лучей диаграммы направленности, т.е. таких, для которых значения τ1 и τ2 кратны шагу дискретизации Δ.. Снижение точности диаграммоформирования особенно заметно тогда, когда дискретизация производится с частотой, существенно меньшей центральной частоты S(t) (случай дискретизации комплексной огибающей или субдискретизации, [3, 4]). Однако, даже если частота дискретизации и превышает центральную частоту принимаемого сигнала (что требует неоправданных вычислительных затрат при реализации способа), снижением точности невозможно пренебречь. В частности, если частота дискретизации вчетверо больше центральной частоты, а расстояние между элементами антенной решетки равно половине длины волны, то дискретность установки лучей составляет примерно 30 град.The disadvantage of this method is the limited accuracy of beamforming. The accuracy limitation is due to the fact that this method allows the formation of only "synchronous" beams, i.e. such for which the values of τ 1 and τ 2 are multiples of the sampling step Δ .. The decrease in the accuracy of the diagram formation is especially noticeable when the sampling is performed with a frequency substantially lower than the central frequency S (t) (the case of discretization of the complex envelope or subsampling, [3, 4] ) However, even if the sampling frequency exceeds the center frequency of the received signal (which requires unjustified computational costs when implementing the method), the decrease in accuracy cannot be neglected. In particular, if the sampling frequency is four times higher than the center frequency, and the distance between the elements of the antenna array is equal to half the wavelength, then the discreteness of the installation of the rays is approximately 30 deg.

Таким образом, то обстоятельство, что известный способ не позволяет сформировать лучи диаграммы направленности в наперед заданных направлениях (если эти лучи не являются "синхронными"), делает его практически неприменимым в тех ситуациях, когда необходимо осуществлять плавное сканирование диаграммы направленности или компенсировать изменения пространственной ориентации приемной антенны. Thus, the fact that the known method does not allow the formation of radiation patterns in predetermined directions (if these rays are not “synchronous”) makes it practically not applicable in situations where it is necessary to smoothly scan the radiation pattern or compensate for changes in spatial orientation receiving antenna.

Задача изобретения состоит в разработке способа формирования диаграммы направленности, позволяющего формировать диаграмму направленности в виде веера узких лучей. The objective of the invention is to develop a method of forming a radiation pattern that allows you to create a radiation pattern in the form of a fan of narrow rays.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности диаграммоформирования при одновременном снижении вычислительных затрат. The technical result from the use of the invention is to increase the accuracy of diagramming while reducing computational costs.

Указанный результат достигается тем, что в способе формирования диаграммы направленности, заключающемся в приеме сигнала посредством плоской антенной решетки, дискретизации выходных сигналов элементов антенной решетки и двухступенчатом формировании лучей диаграммы направленности раздельно в азимутальной и угломестной плоскостях, задают некоторые углы Ψ и θ, соответственно в азимутальной и угломестной плоскостях, одновременно с дискретизацией осуществляют формирование луча диаграммы направленности по углу Ψ и компенсацию антенной решетки по углу q, для чего при дискретизации выборки выходных сигналов соседних элементов антенной решетки получают со сдвигом во времени, величину которого выбирают исходя из значения угла Ψ для элементов, имеющих одинаковые координаты в угломестной плоскости, и исходя из значения угла q для элементов, имеющих одинаковые координаты в азимутальной плоскости, и формируют вектор Y действительных дискретных сигналов, каждую компоненту которого получают посредством весового суммирования выборок, полученных из выходных сигналов тех элементов антенной решетки, которые имеют одинаковые координаты в угломестной плоскости, затем производят формирование набора лучей в угломестной плоскости, после чего осуществляют выделение отсчетов комплексной огибающей сигналов, принятых по каждому из набора лучей. This result is achieved by the fact that in the method of forming the radiation pattern, which consists in receiving a signal through a flat antenna array, sampling the output signals of the elements of the antenna array and two-stage beam formation of the radiation pattern separately in the azimuthal and elevation planes, some angles Ψ and θ, respectively, in the azimuthal and elevation planes, simultaneously with sampling, beamforming along the angle Ψ and antenna compensation are performed of the array along the q angle, for which, when sampling the output signals of adjacent elements of the antenna array, they are obtained with a time shift, the value of which is selected based on the angle Ψ for elements having the same coordinates in the elevation plane, and based on the angle q for elements having the same coordinates in the azimuthal plane, and form a vector Y of real discrete signals, each component of which is obtained by weighting the sum of the samples obtained from the output signals of those elements comrade antenna array that have the same coordinates in the elevation plane, then produce the formation of a beam set in the elevation plane, and then carried out the allocation of samples of the complex envelope signals received on each of the beam set.

Указанный технический результат достигается кроме того тем, что формирование каждого из набора лучей в угломестной плоскости осуществляют посредством суммирования компонент вектора Y с комплексными весовыми коэффициентами. The specified technical result is achieved in addition to the fact that the formation of each of the set of rays in the elevation plane is carried out by summing the components of the vector Y with complex weighting factors.

Сущность изобретения заключается, во-первых, в исключении влияния частоты дискретизации на диаграммоформирование в азимутальной плоскости и точность компенсации антенной решетки в угломестной плоскости, а во-вторых, в использовании действительных отсчетов для формирования набора лучей в угломестной плоскости. The essence of the invention consists, firstly, in eliminating the influence of the sampling frequency on the beamforming in the azimuthal plane and the accuracy of compensation of the antenna array in the elevation plane, and secondly, in the use of real samples to form a set of rays in the elevation plane.

При этом задание углов J в азимутальной плоскости и q в угломестной плоскости необходимо для обеспечения правильной пространственной ориентации формируемой диаграммы направленности. В частности, при использовании предлагаемого способа для формирования диаграммы направленности океанографического комплекса в качестве углов J и θ могут выступать соответственно углы килевой и бортовой качки судна-носителя. Moreover, setting angles J in the azimuthal plane and q in the elevation plane is necessary to ensure the correct spatial orientation of the radiation pattern being formed. In particular, when using the proposed method for forming the radiation pattern of the oceanographic complex, the angles J and θ can be respectively the angles of the keel and side rolling of the carrier vessel.

Осуществление одновременно с дискретизацией формирования луча диаграммы направленности по углу J и компенсации антенной решетки по углу q необходимо для исключения влияния частоты дискретизации на точность диаграммоформирования в азимутальной плоскости и точность компенсации антенной решетки в угломестной плоскости (что, в частности, позволяет без потерь точности производить дискретизацию с низкой частотой). Simultaneously with the sampling of beamforming along the angle J and compensation of the antenna array at the angle q, it is necessary to exclude the influence of the sampling frequency on the accuracy of the beamforming in the azimuthal plane and the accuracy of the compensation of the antenna array in the elevation plane (which, in particular, allows sampling without loss of accuracy with a low frequency).

Выполнение указанной операции может быть основано на получении выборок из выходных сигналов соседних элементов антенной решетки со сдвигом во времени, определяемым углами J и θ для элементов, которые имеют одинаковые координаты, соответственно в угломестной и азимутальной плоскостях, и последующем формировании вектора Y действительных дискретных сигналов, каждая компонента которого есть результат весового суммирования выборок, полученных из выходных сигналов тех элементов антенной решетки, координаты которых в угломестной плоскости одинаковы. The execution of this operation can be based on obtaining samples from the output signals of adjacent elements of the antenna array with a time shift determined by the angles J and θ for elements that have the same coordinates, respectively, in the elevation and azimuthal planes, and the subsequent formation of the vector Y of real discrete signals, each component of which is the result of weighted summation of the samples obtained from the output signals of those elements of the antenna array whose coordinates are in the elevation plane are the same.

Пусть посредством плоской антенной решетки размером М*N элементов (см. фиг. 1) принимается плоская волна, приходящая с направления

Figure 00000005
, которому соответствуют углы Ψ в азимутальной плоскости ZOY и q в угломестной плоскости ZOX. Если в некоторый момент времени t0 0 фронт волны достигает "углового" элемента решетки, имеющего номер (mc, nc), тогда при любых
Figure 00000006
элемента с произвольным номером (m, n) указанный фронт достигнет в момент времени
Figure 00000007

где τ1= dx•(C)-1sinθ;τ2= dy•(C)-1sinΨ подлежащие компенсации задержки распространения фронта волны соответственно в угломестной и азимутальной плоскостях;
dx, dy расстояние между элементами решетки соответственно в угломестной и азимутальной плоскостях;
С скорость распространения волны;
Figure 00000008

При этом задержка распространения фронта волны равна τ2 для любых соседних элементов с номерами (m, n) и (m, n + 1) и τ1 для любых соседних элементов с номерами (m, n) и (m + 1, n). Другими словами, указанная задержка определяется значением угла ψ для любых соседних элементов, имеющих одинаковые координаты в угломестной плоскости, и значением угла q для любых соседних элементов с одинаковыми координатами в азимутальной плоскости.Let a plane wave coming from the direction be received by means of a flat antenna array with the size of M * N elements (see Fig. 1)
Figure 00000005
corresponding to angles Ψ in the azimuthal plane ZOY and q in the elevation plane ZOX. If at some point in time t 0 0 the wave front reaches the "angular" lattice element having the number (m c , n c ), then for any
Figure 00000006
element with an arbitrary number (m, n), the specified edge will reach at time
Figure 00000007

where τ 1 = d x • (C) -1 sinθ; τ 2 = d y • (C) -1 sinΨ subject to compensation of the propagation delay of the wave front, respectively, in the elevation and azimuthal planes;
d x , d y the distance between the elements of the lattice, respectively, in elevation and azimuthal planes;
With the speed of wave propagation;
Figure 00000008

Moreover, the propagation delay of the wave front is τ 2 for any neighboring elements with numbers (m, n) and (m, n + 1) and τ 1 for any neighboring elements with numbers (m, n) and (m + 1, n) . In other words, this delay is determined by the value of the angle ψ for any neighboring elements having the same coordinates in the elevation plane, and the value of the angle q for any neighboring elements with the same coordinates in the azimuthal plane.

Согласно (1. а) при двухступенчатом формировании лучей диаграммы направленности результат формирования луча в азимутальной плоскости Ym представляет собой выходной сигнал m-й линейной подрешетки, состоящей из элементов с номерами от (m, 0) до (m, N-1), т.е. имеющих одинаковые координаты в угломестной плоскости. При этом для произвольного l-го отсчета указанного сигнала (с учетом компенсации антенной решетки в угломестной плоскости на угол q) справедливо

Figure 00000009

Представим последнее выражение в эквивалентном виде
Figure 00000010

где xmn(t) выходной сигнал элемента антенной решетки, имеющего номер
Figure 00000011

βn коэффициент амплитудного распределения в азимутальной плоскости, т.е. весовой коэффициент для хmn(t);
Ym выходной сигнал m-й (при θ>0) или (М-1-m)-й (при θ<0) линейной подрешетки;
δ(t) дельта-функция (функция Дирака).According to (1.a) in two-stage beamforming, the result of beam formation in the azimuthal plane Y m is the output signal of the m-th linear sublattice, consisting of elements with numbers from (m, 0) to (m, N-1), those. having the same coordinates in the elevation plane. Moreover, for an arbitrary lth sample of the indicated signal (taking into account the compensation of the antenna array in the elevation plane by the angle q),
Figure 00000009

We represent the last expression in equivalent form
Figure 00000010

where x mn (t) is the output signal of the antenna array element having the number
Figure 00000011

β n the amplitude distribution coefficient in the azimuthal plane, i.e. weight coefficient for x mn (t);
Y m the output signal of the mth (for θ> 0) or (M-1-m) th (for θ <0) linear sublattices;
δ (t) delta function (Dirac function).

Как следует из (2), если просуммировать взвешенные выборки, которые получены из выходных сигналов произвольной линейной подрешетки со сдвигом во времени (так, что момент выборки сигнала произвольного элемента совпадает с моментом достижения его фронтом принимаемой волны), то результат суммирования в момент tm, отстоящий от момента t0 взятия выборки из сигнала "углового" элемента на интервал времени m•τ1+(N-1)•τ2, представляет собой отсчет выходного сигнала Ym данной подрешетки, который принят по лучу, сформированному в азимутальной плоскости, с направления, заданного углом θ в угломестной плоскости. При этом величина сдвига между моментами выборки для соседних элементов любой подрешетки равна t2 (выбирается исходя из значения угла Ψ). Для элементов, у которых азимутальные координаты одинаковы, а угломестные различаются на dx, т.е. расположенных в соседних подрешетках, составляет t1 (т.е. выбирается исходя из значения угла θ).As follows from (2), if we summarize the weighted samples obtained from the output signals of an arbitrary linear sublattice with a time shift (so that the sampling time of the signal of an arbitrary element coincides with the moment it reaches the received wavefront), then the summation result at time t m , which is distant from the time t 0 of taking a sample from the signal of the "angular" element for the time interval m • τ 1 + (N-1) • τ 2 , is a reference of the output signal Y m of this sublattice, which is received from the beam formed in the azimuthal plane ty, from the direction given by the angle θ in the elevation plane. In this case, the shift between the sampling times for adjacent elements of any sublattice is equal to t 2 (selected based on the value of the angle Ψ). For elements in which the azimuthal coordinates are the same and the elevation coordinates differ by d x , i.e. located in neighboring sublattices, is t 1 (i.e., it is selected based on the value of the angle θ).

Таким образом, каждый отсчет выходного сигнала Ym соответствующей (m-й или (М-1-m)-й) линейной подрешетки, расположенной в азимутальной плоскости, есть сумма взвешенных выборок из волнового фронта сигнала, принимаемого ею с направления

Figure 00000012
в момент времени tm. Поэтому и сам отсчет Ym, как сумма выборок из синфазных сигналов, также представляет собой выборку из волнового фронта.Thus, each sample of the output signal Y m of the corresponding (m-th or (M-1-m) -th) linear sublattice located in the azimuthal plane is the sum of weighted samples from the wavefront of the signal received by it from the direction
Figure 00000012
at time t m . Therefore, the sample Y m itself , as the sum of samples from in-phase signals, also represents a sample from the wavefront.

Следовательно, совокупность отсчетов Ym(lΔ),m=0,,,M-1 в момент времени tv= t0+(M-1)•τ1+(N-1)•τ2 можно рассматривать как вектор Y(lΔ) l-х отсчетов выходных сигналов элементов эквивалентной линейной подрешетки, которая расположена в угломестной плоскости и компенсирована по углу θ.. Такая подрешетка состоит из элементов, которые обладают направленностью в азимутальной плоскости и ненаправлены в угломестной, при этом формирование вектора Y сводится к запоминанию (задержке) отсчетов каждого из дискретных сигналов Ym на интервал времени (M-1-m)•τ1..Therefore, the set of samples Y m (lΔ), m = 0 ,,, M-1 at time t v = t 0 + (M-1) • τ 1 + (N-1) • τ 2 can be considered as a vector Y (lΔ) of l samples of the output signals of the elements of the equivalent linear sublattice, which is located in the elevation plane and compensated by the angle θ .. Such a sublattice consists of elements that are directive in the azimuthal plane and not directional in the elevation plane, while the formation of the vector Y reduces to storing (delaying) the samples of each of the discrete signals Y m for the time interval (M-1-m) • τ 1 ..

Как следует из изложенного, при описанном совмещении дискретизации с формированием луча диаграммы направленности антенной решетки по углу Ψ и ее компенсацией по углу q, как точность формирования луча в азимутальной плоскости, так и точность компенсации решетки в угломестной плоскости не зависят от величины шага дискретизации, но определяются только точностью задания сдвигов τ12 между моментами взятия выборок из выходных сигналов элементов антенной решетки.As follows from the foregoing, with the described combination of discretization with the formation of the beam pattern of the antenna array along the angle Ψ and its compensation along the angle q, both the accuracy of beam formation in the azimuthal plane and the accuracy of the compensation of the array in the elevation plane do not depend on the sampling step, but they are determined only by the accuracy of setting the shifts τ 1 , τ 2 between the moments of sampling from the output signals of the elements of the antenna array.

Единственное требование, которое должно при этом выполняться, состоит в сохранении естественного порядка следования отсчетов вектора Y с шагом дискретизации Δ. Наиболее простой из возможных путей удовлетворения этого требования состоит в наложении следующего ограничения на максимальные значения Jmaxmax углов Ψ и θ:

Figure 00000013

которое означает, что время распространения фронта волны, приходящей с направления, соответствующего этим углам, вдоль антенной решетки, не должно превышать шага дискретизации. Однако наличие данного ограничения в случае дискретизации принимаемого сигнала с низкой частотой (т.е. дискретизации комплексной огибающей) не приводит к существенному ограничению диапазона углов, в пределах которого возможно формирование диаграммы направленности. Например для квадратной периодической решетки, у которой N M, dx dy d и d равно половине длины волны λ, из (3) следует
Figure 00000014

где FO, Fд соответственно центральная частота принимаемого сигнала S(t) и частота дискретизации;
δθ ширина луча диаграммы направленности, расположенного по нормали к раскрыву антенны, определенная в радианах, в соответствии с [5] как отношение l к апертуре антенны (М-1)•d.The only requirement that must be met in this case is to preserve the natural sequence of samples of the vector Y with a sampling step Δ. The simplest possible way to satisfy this requirement is to impose the following restriction on the maximum values J max , θ max of the angles Ψ and θ:
Figure 00000013

which means that the propagation time of the wave front coming from the direction corresponding to these angles along the antenna array should not exceed the sampling step. However, the presence of this limitation in the case of sampling the received signal with a low frequency (i.e., sampling the complex envelope) does not lead to a significant limitation of the range of angles within which beamforming is possible. For example, for a square periodic lattice in which NM, d x d y d and d is equal to half the wavelength λ, it follows from (3)
Figure 00000014

where F O , F d respectively the Central frequency of the received signal S (t) and the sampling frequency;
δθ the beam width of the radiation pattern normal to the aperture of the antenna, defined in radians, in accordance with [5] as the ratio of l to the aperture of the antenna (M-1) • d.

В частности, если δθ = 0,1 рад.(≃5°), а центральная частота превышает частоту дискретизации в 10 раз, то формирование диаграммы направленности возможно в диапазоне углов

Figure 00000015
.In particular, if δθ = 0.1 rad. (≃5 ° ), and the center frequency exceeds the sampling frequency by 10 times, then the radiation pattern can be formed in the range of angles
Figure 00000015
.

Осуществление операции формирования набора лучей в угломестной плоскости необходимо для окончательного формирования диаграммы направленности приемной антенной решетки в виде веера узких лучей. The implementation of the operation of forming a set of rays in the elevation plane is necessary for the final formation of the radiation pattern of the receiving antenna array in the form of a fan of narrow rays.

Осуществление указанной операции непосредственно за операцией дискретизации необходимо, чтобы независимо от того, производится ли дискретизация выходных сигналов элементов антенной решетки с высокой частотой или производится дискретизация их комплексных огибающих (субдискретизация), использовать для формирования набора лучей отсчеты действительных дискретных сигналов. The implementation of this operation directly after the discretization operation is necessary so that regardless of whether the output signals of the antenna array elements are sampled at a high frequency or their complex envelopes are discretized (sub-sampling), the samples of the actual discrete signals should be used to form a set of rays.

Выполнение данной операции может быть основано на формировании каждого из набора лучей в угломестной плоскости посредством суммирования компонент вектора действительных отсчетов Y, полученного в результате дискретизации, с комплексными весовыми коэффициентами. Указанный вектор, как уже отмечалось, по существу является вектором отсчетов выходных сигналов эквивалентной линейной подрешетки, расположенной в угломестной плоскости. Поэтому операция формирования набора лучей плоской антенной решетки в угломестной плоскости полностью эквивалентна формированию набора лучей посредством эквивалентной линейной подрешетки. This operation can be based on the formation of each of the set of rays in the elevation plane by summing the components of the vector of real samples Y obtained as a result of discretization with complex weighting factors. The specified vector, as already noted, is essentially a sample vector of the output signals of the equivalent linear sublattice located in the elevation plane. Therefore, the operation of forming a set of beams of a flat antenna array in the elevation plane is completely equivalent to forming a set of beams by means of an equivalent linear sublattice.

Распространенным способом формирования луча диаграммы направленности линейной решетки при приеме узкополосных сигналов является фазовый [6] Он заключается в компенсации разностей фаз выходных сигналов ее элементов, возникающих из-за задержки моментов поступления фронта принимаемой волны на эти элементы (предполагается, что в силу узкополосности сигналов указанная задержка пренебрежимо мало сказывается на изменении их комплексных огибающих). При этом формирование каждого из лучей сводится к суммированию отсчетов комплексной огибающей выходных сигналов всех элементов с комплексными весовыми коэффициентами и результатом диаграммоформирования (выходным сигналом луча) является дискретный сигнал в виде последовательности комплексных отсчетов

Figure 00000016

Figure 00000017

где αm амплитудный весовой коэффициент (амплитудное распределение в угломестной плоскости);
φk= 2πd(λ)-1•sinθk фазовый множитель для k-го луча диаграммы направленности, d расстояние между элементами, λ длина волны, qk- угол, соответствующий направлению, в котором формируется k-й луч диаграммы направленности, М число элементов;
Figure 00000018
l-й отсчет комплексной огибающей выходного сигнала m-го элемента (l любое целое в пределах от -∞ до +∞).A common way of forming a beam of a linear array radiation pattern when receiving narrowband signals is phase [6]. It consists in compensating for the phase differences of the output signals of its elements arising from the delay in the arrival of the front of the received wave to these elements (it is assumed that due to the narrow-band signals the delay negligibly affects the change in their complex envelopes). In this case, the formation of each of the rays is reduced to summing the samples of the complex envelope of the output signals of all elements with complex weighting coefficients, and the result of the chart formation (output signal of the beam) is a discrete signal in the form of a sequence of complex samples
Figure 00000016

Figure 00000017

where α m is the amplitude weight coefficient (amplitude distribution in the elevation plane);
φ k = 2πd (λ) -1 • sinθ k phase factor for the kth beam of the radiation pattern, d distance between the elements, λ wavelength, q k - angle corresponding to the direction in which the kth beam of the radiation pattern is formed, M number of elements;
Figure 00000018
lth sample of the complex envelope of the output signal of the mth element (l any integer ranging from -∞ to + ∞).

Пусть на плоскую антенную решетку (см. фиг. 1) с произвольного направления

Figure 00000019
, которому соответствуют углы Ψk и θk в азимутальной и угломестной плоскостях, поступает плоская волна -переносчик узкополосного сигнала
Figure 00000020
или
Figure 00000021

где
Figure 00000022
комплексная огибающая S(t), * знак комплексного сопряжения, ωo круговая частота, соответствующая центральной частоте FoS(t).Let on a flat antenna array (see Fig. 1) from an arbitrary direction
Figure 00000019
corresponding to the angles Ψ k and θ k in the azimuthal and elevation planes, a plane wave arrives - a transmitter of a narrow-band signal
Figure 00000020
or
Figure 00000021

Where
Figure 00000022
complex envelope S (t), * sign of complex conjugation, ω o circular frequency corresponding to the center frequency F o S (t).

Тогда в силу (2) произвольная компонента Ym вектора Y представляет собой последовательность выборок из узкополосного сигнала Ym(t). Этот сигнал с учетом проводимых при дискретизации формирования луча в азимутальной плоскости в направлении угла Ψ и компенсации антенной решетки в угломестной плоскости в направлении угла q, согласно (2) может быть представлен следующим образом:

Figure 00000023

где
Figure 00000024
.Then, by virtue of (2), an arbitrary component Y m of the vector Y is a sequence of samples from the narrow-band signal Y m (t). This signal, taking into account the beam formation during sampling, in the azimuthal plane in the direction of the angle Ψ and compensation of the antenna array in the elevation plane in the direction of the angle q, according to (2) can be represented as follows:
Figure 00000023

Where
Figure 00000024
.

Вследствие узкополосности S(t) (когда функции α(t) и ξ(t) являются медленно изменяющимися и согласно фазовому способу диаграммоформирования для любых m, n из интервалов 0≅m≅M-1, 0≅n≅N-1 можно принять:
α(t+nνk+mεk) ≃ α(t); ξ(t+nνk+mεk) ≃ ξ(t) для ym(t) справедливо:

Figure 00000025

где
Figure 00000026
комплексная огибающая рассматриваемого сигнала; φk= ωo•εk пространственный сдвиг фаз в угломестной плоскости;
Figure 00000027
комплексная константа (для фиксированного Ψk), модуль которой
Figure 00000028
, согласно [3] есть диаграмма направленности линейной подрешетки, расположенной в азимутальной плоскости, луч которой сформирован в направлении угла Ψ..Due to the narrowband S (t) (when the functions α (t) and ξ (t) are slowly changing, and according to the phase method of diagram formation for any m, n from the intervals 0≅m≅M-1, 0≅n≅N-1, we can take :
α (t + nν k + mε k ) ≃ α (t); ξ (t + nν k + mε k ) ≃ ξ (t) for y m (t) holds:
Figure 00000025

Where
Figure 00000026
complex envelope of the considered signal; φ k = ω o • ε k spatial phase shift in the elevation plane;
Figure 00000027
complex constant (for fixed Ψ k ) whose module
Figure 00000028
, according to [3], there is a directivity pattern of a linear sublattice located in the azimuthal plane, the beam of which is formed in the direction of the angle Ψ ..

Следовательно, дискретный сигнал Ym(lΔ) имеет вид:

Figure 00000029

где l произвольное целое, Ω0= ω0•Δ дискретная угловая частота, а
Figure 00000030
является выборкой из комплексной огибающей
Figure 00000031
и, в случае θk= θ(φk= 0); Ψk= Ψ, с точностью до амплитуды совпадает с выборкой из комплексной огибающей S(t).Therefore, the discrete signal Y m (lΔ) has the form:
Figure 00000029

where l is an arbitrary integer, Ω 0 = ω 0 • Δ is the discrete angular frequency, and
Figure 00000030
is a sample of the complex envelope
Figure 00000031
and, in the case θ k = θ (φ k = 0); Ψ k = Ψ, up to amplitude, coincides with a sample from the complex envelope S (t).

При этом результат

Figure 00000032
суммирования всех М компонент вектора Y с комплексными весовыми коэффициентами ωm,k= αm•exp(-jmφk) выражается следующим образом:
Figure 00000033

где
Figure 00000034

и представляет собой сумму двух дискретных аналитических сигналов. Огибающая
Figure 00000035
первого из них (дискретный спектр которого сосредоточен в окрестности "поднесущей" Ω0), согласно (4), есть выходной сигнал k-го луча, формируемого в угломестной плоскости фазовым способом. При этом
Figure 00000036
представляет собой последовательность отсчетов комплексной огибающей сигнала, принимаемого по этому лучу.In this case, the result
Figure 00000032
summation of all M components of the vector Y with complex weighting coefficients ω m, k = α m • exp (-jmφ k ) is expressed as follows:
Figure 00000033

Where
Figure 00000034

and is the sum of two discrete analytical signals. Envelope
Figure 00000035
the first of them (the discrete spectrum of which is concentrated in the vicinity of the "subcarrier" Ω 0 ), according to (4), is the output signal of the k-th beam formed in the elevation plane by the phase method. Wherein
Figure 00000036
is a sequence of samples of the complex envelope of the signal received on this beam.

Следовательно, суммирование компонент вектора Y с комплексными весовыми коэффициентами действительно обеспечивает формирование набора лучей в угломестной плоскости. Заметим, что при этом производится умножение действительных, а не комплексных, как это требуется согласно (4), отсчетов на комплексные весовые коэффициенты, т. е. для формирования лучей необходимо вдвое меньшее число операций умножения. Следует также отметить, что поскольку при дискретизации осуществляется компенсация антенной решетки в угломестной плоскости, для формирования луча в направлении заданного угла θ не требуются другие вычислительные операции кроме весового суммирования действительных отсчетов (при этом веса действительны и постоянны). Это также способствует некоторому снижению объема вычислений при диаграммоформировании и, в частности, позволяет организовать режим быстрого сканирования "центральным" из набора (веера) лучей, положение которого определяется заданными углами J и θ.. Кроме того, в режиме сканирования всем веером в угломестной плоскости предварительная (выполняемая при дискретизации) полная компенсация антенной решетки по "центральному" лучу приводит к ее частичной компенсации и по другим лучам. При фазовом диаграммоформировании в угломестной плоскости это позволяет уменьшить искажения принимаемых сигналов, обусловленные свойственным этому способу [6] эффекту фильтрации комплексной огибающей, так как величина задержки между моментами поступления фронта волны на различные элементы антенной решетки, влиянием которой на комплексные огибающие при данном способе пренебрегают, частично компенсируется при дискретизации. Therefore, the summation of the components of the vector Y with complex weights really provides the formation of a set of rays in the elevation plane. Note that in this case the multiplication of real, rather than complex, as required by (4), samples by complex weighting coefficients is performed, i.e., half the number of multiplication operations is necessary to form the rays. It should also be noted that since the antenna array is compensated during sampling in the elevation plane, no other computational operations are required to form a beam in the direction of the given angle θ except for the weight summation of the actual samples (the weights are real and constant). It also contributes to a certain reduction in the amount of computation during diagram formation and, in particular, allows you to organize a fast scan mode "central" from a set (fan) of rays, the position of which is determined by the given angles J and θ .. In addition, in the scan mode with the whole fan in the elevation plane preliminary (performed at sampling) full compensation of the antenna array by the "central" beam leads to its partial compensation and other rays. With phase diagram formation in the elevation plane, this allows one to reduce the distortion of the received signals due to the complex envelope filtering effect inherent in this method [6], since the delay between the moments of arrival of the wave front on various elements of the antenna array, the effect of which on the complex envelopes is neglected in this method, partially offset by sampling.

Выделение отсчетов комплексной огибающей сигналов, принятых по каждому из набора лучей, необходимо, во-первых, для извлечения из этих сигналов только полезной (необходимой и достаточной для восстановления) информации, которая заключена в их амплитудной и фазовой модуляции; а во-вторых, для подавления мешающих составляющих, которые могут появиться в результате диаграммоформирования (например, компонента

Figure 00000037
).The selection of samples of the complex envelope of the signals received for each of the set of rays is necessary, firstly, to extract from these signals only useful (necessary and sufficient for reconstruction) information, which is contained in their amplitude and phase modulation; and secondly, to suppress interfering components that may appear as a result of diagram formation (for example, a component
Figure 00000037
)

Данная операция может быть, в частности, выполнена посредством синхронного детектирования. Так, если полученный в результате диаграммоформирования сигнал описывается выражением (6), детектирование сводится [4] к его умножению на комплексную опорную последовательность

Figure 00000038
, в результате чего формируется сигнал
Figure 00000039

и последующей низкочастотной фильтрации в двух квадратурах, при которой подавляется высокочастотная компонента
Figure 00000040
. Заметим, что когда выполняется условие
Figure 00000041
q- любое положительное целое, каждая квадратурная компонента
Figure 00000042
представляет собой последовательность единичных и нулевых отсчетов, поэтому умножение на
Figure 00000043
практически не требует вычислительных затрат [4]
Следует также подчеркнуть, что по предлагаемому способу необходимо выделять отсчеты комплексной огибающей К сигналов (где К число лучей в наборе). В секторе -90°≅θ≅90° можно сформировать (см. [3]), максимум M + 1 луч (при этом лучи пересекаются на уровне -3дБ). Однако на практике, как правило, сектор обзора в угломестной плоскости меньше 180o, уровень перекрытия лучей меньше -3дБ и К < M. При этом предлагаемый способ требует меньших вычислительных затрат на выделение отсчетов комплексной огибающей, чем те (например [6]), в которых эти отсчеты используются при диаграммоформировании и, следовательно, выделяются по крайней мере из М (или даже M•N) сигналов.This operation can be, in particular, performed by synchronous detection. So, if the signal obtained as a result of diagram-forming is described by expression (6), the detection is reduced [4] to its multiplication by a complex reference sequence
Figure 00000038
, resulting in a signal
Figure 00000039

and subsequent low-pass filtering in two quadratures, in which the high-frequency component is suppressed
Figure 00000040
. Note that when the condition is satisfied
Figure 00000041
q- any positive integer, each quadrature component
Figure 00000042
is a sequence of unit and zero samples, therefore, multiplying by
Figure 00000043
practically does not require computational costs [4]
It should also be emphasized that according to the proposed method, it is necessary to select the samples of the complex envelope of K signals (where K is the number of rays in the set). In the sector of -90 ° ≅θ≅90 ° it is possible to form (see [3]), the maximum is M + 1 beam (in this case, the rays intersect at the level of -3dB). However, in practice, as a rule, the viewing sector in the elevation plane is less than 180 o , the level of overlap of the rays is less than -3dB and K <M. Moreover, the proposed method requires less computational cost for extracting the complex envelope samples than those (for example [6]), in which these samples are used in the formation of diagrams and, therefore, stand out from at least M (or even M • N) signals.

Необходимо также отметить, что в любом локаторе в каждом канале приема (луче), как правило, осуществляется согласованная фильтрация комплексной огибающей [3] т. е. низкочастотная фильтрация. При этом равенство числа выделителей отсчетов комплексной огибающей и числа лучей позволяет совместить фильтрацию при выделении указанных отсчетов с согласованной, что также снижает общие вычислительные затраты при реализации предлагаемого способа. It should also be noted that in any locator in each receive channel (beam), as a rule, a coordinated filtering of the complex envelope is carried out [3], ie, low-pass filtering. Moreover, the equality of the number of separators of the samples of the complex envelope and the number of rays allows you to combine filtering when selecting these samples with a consistent one, which also reduces the overall computational cost when implementing the proposed method.

Совокупность вышеперечисленных отличий достаточна для достижения поставленной цели изобретения. The combination of the above differences is sufficient to achieve the objectives of the invention.

Заявителю неизвестны описанные ранее способы формирования диаграммы направленности с вышеперечисленной совокупностью признаков. The applicant is not aware of the previously described methods for forming a radiation pattern with the above set of features.

На фиг. 2 представлена общая структурная схема устройства, осуществляющего способ формирования диаграммы направленности, вариант выполнения; на фиг. 3 6 структурные схемы отдельных блоков, входящих в общую структурную схему фиг. 2 (при этом шины передачи аналоговых сигналов показаны тонкими линиями, цифровых утолщенными, комплексных двойными); на фиг. 7 9 временные диаграммы; на фиг. 10 спектральные характеристики сигналов в некоторых точках устройства, реализующего предложенный способ. In FIG. 2 shows a general block diagram of a device that implements a beamforming method, an embodiment; in FIG. 3 6 are structural diagrams of individual blocks included in the general structural diagram of FIG. 2 (in this case, the analog signal transmission buses are shown by thin lines, digital thickened, complex double); in FIG. 7 9 timing charts; in FIG. 10 spectral characteristics of the signals at some points of the device that implements the proposed method.

Устройство по фиг. 2 содержит плоскую эквидистантную антенную решетку 1, состоящую из M•N элементов 2 (на раскрыве решетки в азимутальной плоскости располагаются N элементов, в угломестной М), М блоков дискретизации (БД) 3, распределитель импульсов 4, К (по числу К одновременно формируемых лучей) блоков формирования луча (БФЛ) 5, К блоков выделения отсчетов комплексной огибающей (БВКО) 6 и блок управления (БУ) 7. The device of FIG. 2 contains a flat equidistant antenna array 1, consisting of M • N elements 2 (on the aperture of the array in the azimuthal plane there are N elements, in the elevation plane M), M sampling units (DB) 3, a pulse distributor 4, K (according to the number K simultaneously formed rays) of the beam forming units (BFL) 5, K of the blocks for the allocation of samples of the complex envelope (BVCO) 6 and the control unit (BU) 7.

При этом выходы любых m-х (m 1.M) N элементов, имеющих одинаковые координаты в угломестной плоскости, подключены к информационным входам соответственно с первого по N-й m-го БД 3, так что выход произвольного элемента решетки, имеющего номер (m, n), подключен к (n n + 1)-му информационному входу (m m + 1)-го БД (на фиг. 2 показано подключение первых и М-х N элементов, причем нумерация элементов соответствует фиг. 1 и выражениям (1) (6)). Первые входы управления всех БД 3 совмещены и подключены к первому выходу блока управления 7, вторые входы управления всех БД 3 совмещены и подключены к второму выходу БУ 7, третьи входы управления всех БД 3 совмещены и подключены к третьему выходу БУ 7, четвертые входы управления всех БД 3 также смещены и подключены к шестому выходу БУ 7, который, кроме того, соединен с входом запуска распределителя импульсов 4 и совмещенными входами управления всех БВКО 6. Блоки дискретизации 3 своими пятыми входами управления подключены к выходам распределителя импульсов 4, соответственно первый к М-му, второй к (М 1)-му. m-й к (M + 1 - m)-му. М-й к первому. (M + 1)-й выход распределителя импульсов 4 соединен с его входом сброса, а его тактовый вход и вход режима подключен соответственно к четвертому и пятому выходам БУ 7. Выход произвольного m-го БД 3 соединен с совмещенными m-ми информационными входами всех БФЛ 5, входы управления которых совмещены с вторым входом БУ 7. Выход произвольного k-го (k 1.K) БФЛ 5 подключен к информационному входу соответствующего k-го БВКО 6, выход которого является k-м выходом устройства. При этом входами устройства по фиг. 2 являются первый и второй входы блока управления 7 соответственно входы задания углов Ψ в азимутальной и q в угломестной плоскостях. In this case, the outputs of any m-x (m 1.M) N elements having the same coordinates in the elevation plane are connected to information inputs, respectively, from the first to the N-th m-th database 3, so that the output of an arbitrary lattice element having the number ( m, n) is connected to the (nn + 1) th information input of the (mm + 1) th DB (Fig. 2 shows the connection of the first and Mx N elements, and the numbering of the elements corresponds to Fig. 1 and the expressions (1 ) (6)). The first control inputs of all database 3 are combined and connected to the first output of control unit 7, the second control inputs of all database 3 are combined and connected to the second output of control unit 7, the third control inputs of all database 3 are combined and connected to the third output of control unit 7, the fourth control inputs of all The DB 3 is also biased and connected to the sixth output of the BU 7, which, in addition, is connected to the start input of the pulse distributor 4 and the combined control inputs of all BVCO 6. Sample units 3 are connected to the outputs by their fifth control inputs I 4 pulses, respectively, the first to M-th, second to (M 1) -th. mth to (M + 1 - m) th. Mth to the first. The (M + 1) -th output of the pulse distributor 4 is connected to its reset input, and its clock input and mode input are connected respectively to the fourth and fifth outputs of the control unit 7. The output of an arbitrary m-th database 3 is connected to the combined m-information inputs of all BFL 5, the control inputs of which are combined with the second input of the control unit 7. The output of an arbitrary k-th (k 1.K) BFL 5 is connected to the information input of the corresponding k-th BVCO 6, the output of which is the k-th output of the device. The inputs of the device of FIG. 2 are the first and second inputs of the control unit 7, respectively, the inputs of the angles Ψ in the azimuthal and q in elevation planes.

На фиг. 3 представлена структурная схема БД (блока дискретизации) 3. Блок по фиг. 3 содержит N (по числу элементов 2, расположенных на раскрыве решетки 1 в азимутальной плоскости) устройств выборки-хранения (УВХ) 8, аналоговый N-входовый сумматор 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, буферный регистр 11, делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 12 и распределитель импульсов 13. При этом УВХ 8, с первого по N-е, подключены своими входами к информационным входам БД 3 соответственно с первого по N-й; своими выходами к входам сумматора 9 соответственно с первого по N-й. Своими входами управления УВХ 8 подключены к выходам распределителя импульсов 13 соответственно: первое к N-му, второе к (N 1)-му. n-е к (N + 1 n)-му. N-е к первому выходу. Выход сумматора 9 соединен с входом АЦП 10, вход запуска которого подключен к (N + 1)-му выходу распределителя импульсов 13. Выходы данных и готовности АЦП 10 соединены соответственно с входом данных буферного регистра 11 и входом сброса распределителя импульсов 13. Вход записи буферного регистра 11 совмещен с четвертым входом управления БД 3, а выход его является выходом БД 3. При этом первый и второй входы управления БД 3 совмещены соответственно с входом установки коэффициента и тактовым входом ДПКД 12, выход которого подключен к тактовому входу распределителя импульсов 13. Третий и пятый входы управления БД 3 совмещены соответственно с входом режима распределителя импульсов 13 и соединенными входом синхронизации ДПКД 12 и входом запуска распределителя импульсов 13. In FIG. 3 is a structural diagram of a database (sampling unit) 3. The block of FIG. 3 contains N (by the number of elements 2 located on the aperture of the lattice 1 in the azimuthal plane) of storage-sampling devices (SEC) 8, an analog N-input adder 9, an analog-to-digital converter (ADC) 10, a buffer register 11, a frequency divider with variable division coefficient (DPKD) 12 and a pulse distributor 13. In this case, the UVX 8, from the first to the Nth, are connected by their inputs to the information inputs of the DB 3, respectively, from the first to the Nth; their outputs to the inputs of the adder 9, respectively, from the first to the Nth. With their control inputs, the UVX 8 is connected to the outputs of the pulse distributor 13, respectively: the first to the Nth, the second to the (N 1) th. nth to (N + 1 n) th. Nth to the first exit. The output of the adder 9 is connected to the input of the ADC 10, the start input of which is connected to the (N + 1) -th output of the pulse distributor 13. The outputs of the data and the readiness of the ADC 10 are connected respectively to the data input of the buffer register 11 and the reset input of the pulse distributor 13. Buffer write input the register 11 is combined with the fourth input of the database 3 control, and its output is the output of the database 3. In this case, the first and second inputs of the database 3 control are combined respectively with the input of the coefficient setting and the clock input of the DPKD 12, the output of which is connected to the clock input of predelitelya pulses 13. The third and fifth control inputs of the database 3 are aligned respectively with the input pulse mode distributor 13 and connected DPKD input 12 and the input synchronization pulses 13 trigger the distributor.

В качестве устройств выборки-хранения 8 могут быть использованы серийные микросхемы КР1102СК2, описанные в [7, c.445 447]
Аналоговый N-входовый сумматор 9 может быть реализован на основе операционного усилителя в соответствие с [8, c. 75 77]
Аналого-цифровой преобразователь 10 известен по [9, c. 194 229]
Буферный регистр 11 может быть выполнен на стандартных микросхемах, описанных в [10, c. 105 133]
Принципы построения делителей частоты с произвольным коэффициентом деления описаны в [11, c. 576 577] кроме ДПКД 12 можно реализовать с использованием стандартных микросхем, известных по [12, c. 272 273]
Распределитель импульсов 13 (как и распределитель импульсов 4, представленный на фиг. 2) известен по [13, c. 268] и может быть, в частности, реализован на основе реверсивных регистров сдвига, которые описаны в [10, c. 105 133]
На фиг. 4 представлена структурная схема БФЛ (блока формирования луча) 5. Блок по фиг. 4 содержит М устройств комплексного взвешивания (УКВ) 14 (каждое из которых включает функциональный преобразователь 15, умножители 16 и 17) и М-входовые сумматоры 18 и 19. Причем первые входы УКВ 14 (с первого по М-е) являются информационными входами БФЛ 5 соответственно с первого по М-й. Вторые входы всех УКВ 14 совмещены с входом управления БФЛ. А первый и второй выходы произвольного m-го (m 1.M) УКВ 14 соединены с m-ми входами соответственно сумматоров 18 и 19, выходы которых образуют выход БФЛ 5 (т.е. выход для комплексного отсчета). При этом первый вход УКВ 14 подключен к совмещенным первым входам умножителей 16 и 17, второй вход УКВ 14 совмещен с входом функционального преобразователя 15, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам умножителей 16, 17 соответственно, а выходы этих умножителей являются соответственно первым и вторым выходами УКВ 14.
As sampling-storage devices 8, serial chips KR1102SK2 described in [7, p. 445 447] can be used
Analog N-input adder 9 can be implemented on the basis of an operational amplifier in accordance with [8, p. 75 77]
An analog-to-digital converter 10 is known from [9, p. 194,229]
The buffer register 11 can be performed on standard microcircuits described in [10, p. 105 133]
The principles of constructing frequency dividers with an arbitrary division coefficient are described in [11, p. 576 577] in addition to DPKD 12 can be implemented using standard microcircuits known in [12, p. 272,273]
The pulse distributor 13 (as well as the pulse distributor 4 shown in Fig. 2) is known from [13, p. 268] and can be, in particular, implemented on the basis of reverse shift registers, which are described in [10, p. 105 133]
In FIG. 4 is a block diagram of a BFL (beam forming unit) 5. The block of FIG. 4 contains M integrated weighing devices (VHF) 14 (each of which includes a functional converter 15, multipliers 16 and 17) and M-input adders 18 and 19. Moreover, the first inputs of VHF 14 (from the first to Mth) are information inputs of the BFL 5, respectively, from the first to the Mth. The second inputs of all VHF 14 combined with the input control BFL. And the first and second outputs of an arbitrary m-th (m 1.M) VHF 14 are connected to the m-th inputs of adders 18 and 19, respectively, whose outputs form the output of the BFL 5 (i.e., the output for a complex reference). The first VHF input 14 is connected to the combined first inputs of the multipliers 16 and 17, the second VHF input 14 is combined with the input of the functional converter 15, the first and second outputs of which are connected to the second inputs of the multipliers 16, 17, respectively, and the outputs of these multipliers are the first and the second outputs of VHF 14.

Функциональные преобразователи 15 могут быть реализованы в соответствии с [14, c. 476 477] на основе постоянных запоминающих устройств с объединенными адресными входами. Functional converters 15 can be implemented in accordance with [14, p. 476 477] based on read-only memory with integrated address inputs.

Умножители 16, 17 и сумматоры 18, 19 могут быть выполнены с использованием стандартных микросхем, описанных соответственно в [12, c. 335 - 344] и [12, c. 344 346]
На фиг. 5 представлена структурная схема БВКО (блока выделения отсчетов комплексной огибающей) 6. Блок по фиг. 5 содержит цифровой коммутатор отсчетов 20, инверторы знака отсчетов 21 и 22, цифровые фильтры нижних частот 23, 24 и делители частоты на 2, 25, 26 и 27. При этом первый и второй входы цифрового коммутатора 20 образуют информационный вход БВКО 6 (т.е. вход для комплексного отсчета), первый и второй выходы цифрового коммутатора 20 подключены к первым входам инверторов знака отсчетов 21 и 22 соответственно, выходы которых соединены с входами цифровых фильтров соответственно 23, 24. Вторые входы инверторов знака 21 и 22 соединены с выходами делителей частоты на 2 соответственно 26 и 27, входы которых совмещены с входом управления цифрового коммутатора 20 и выходом делителя частоты на 2, 25. Его вход является входом управления БВКО 6, выход которого, т.е. выход комплексного отсчета, образуют выходы цифровых фильтров нижних частот 23, 24.
Multipliers 16, 17 and adders 18, 19 can be performed using standard microcircuits described respectively in [12, p. 335 - 344] and [12, p. 344 346]
In FIG. 5 is a structural diagram of a BVCO (block for allocating samples of the complex envelope) 6. The block of FIG. 5 contains a digital switch of samples 20, sign inverters of samples 21 and 22, digital low-pass filters 23, 24, and frequency dividers by 2, 25, 26, and 27. In this case, the first and second inputs of digital switch 20 form the information input of the BVCO 6 (i.e. i.e. input for a complex sample), the first and second outputs of the digital switch 20 are connected to the first inputs of the inverters of the sample samples 21 and 22, respectively, the outputs of which are connected to the inputs of the digital filters 23, 24, respectively. The second inputs of the inverters of the sign 21 and 22 are connected to the outputs of the dividers frequencies at 2 s Responsibly 26 and 27, the inputs of which are combined with the control input of the digital switch 20 and the output of the frequency divider by 2, 25. Its input is the control input of the BVCO 6, the output of which, i.e. complex reference output, form the outputs of digital low-pass filters 23, 24.

Цифровой коммутатор 20 в соответствии с [11, c. 529 530] может быть реализован в виде 2•Q (где Q число разрядов коммутируемых отсчетов) стандартных мультиплексоров 2 х 1 с объединенными адресными входами, которые описаны в [10, c. 150 153]
Каждый из инверторов знака отсчетов 21, 22 может быть выполнен в виде инвертора знакового разряда соответствующего отсчета и реализован на логической схеме Исключающее ИЛИ, которая описана в [10, c. 56]
Цифровые фильтры нижних частот 23, 24 известны по [15] и могут быть реализованы в соответствии с [14, c. 479 481]
Делители частоты на 2, 25, 26 и 27 могут быть выполнены на основе D-триггера в соответствии с [11, c. 546]
На фиг. 6 представлена структурная схема БУ (блока управления) 7. Блок по фиг. 6 содержит функциональные преобразователи 28 и 31, компараторы кодов 29 и 32, генератор импульсов 30, делитель частоты 33 и делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 34. При этом первый вход БУ 7 подключен к совмещенным входам функционального преобразователя 28 и компаратора кодов 29, второй вход БУ 7 подключен к совмещенным входам компаратора кодов 32 и функционального преобразователя 31, выход которого соединен с входом установки коэффициента ДПКД 34. Первым выходом БУ 7 является выход функционального преобразователя 28; второй выход БУ 7 подключен к совмещенным выходу генератора импульсов 30 и тактовым входам делителя частоты 33 и ДПКД 34; третьим, четвертым и пятым выходами БУ 7 являются соответственно выход компаратора кодов 29, выход ДПКД 34, выход компаратора кодов 32; а шестой выход БУ 7 соединен с совмещенными выходом делителя частоты 33 и входом синхронизации ДПКД 34.
Digital switch 20 in accordance with [11, p. 529 530] can be implemented in the form of 2 • Q (where Q is the number of bits of switched samples) of standard 2 x 1 multiplexers with combined address inputs, which are described in [10, p. 150 153]
Each of the inverters of the sign of samples 21, 22 can be made in the form of an inverter of the sign of the discharge of the corresponding sample and implemented on the logic circuit exclusive OR, which is described in [10, p. 56]
Digital low-pass filters 23, 24 are known from [15] and can be implemented in accordance with [14, p. 479,481]
Frequency dividers by 2, 25, 26 and 27 can be performed on the basis of the D-trigger in accordance with [11, p. 546]
In FIG. 6 is a structural diagram of a control unit (control unit) 7. The block of FIG. 6 contains functional converters 28 and 31, comparators of codes 29 and 32, a pulse generator 30, a frequency divider 33, and a frequency divider with a variable division ratio (DPKD) 34. The first input of the control unit 7 is connected to the combined inputs of the functional converter 28 and the code comparator 29 , the second input of the control unit 7 is connected to the combined inputs of the code comparator 32 and the functional converter 31, the output of which is connected to the input of the coefficient setting DPKD 34. The first output of the control unit 7 is the output of the functional converter 28; the second output of the control unit 7 is connected to the combined output of the pulse generator 30 and the clock inputs of the frequency divider 33 and DPKD 34; the third, fourth and fifth outputs of the control unit 7 are respectively the output of the code comparator 29, the output of the DPKD 34, the output of the code comparator 32; and the sixth output of the control unit 7 is connected to the combined output of the frequency divider 33 and the synchronization input DPKD 34.

Функциональные преобразователи 28, 31 могут быть выполнены согласно [14, c. 476 477] на постоянных запоминающих устройствах. Functional converters 28, 31 can be performed according to [14, p. 476 477] on read-only memory devices.

Компараторы кодов 29, 32 могут быть выполнены с использованием стандартных микросхем, описанных в [10, c. 186 187]
Генератор импульсов 30 известен по [10, c. 188 196]
Делитель частоты 33 может быть выполнен в соответствии с [11, c. 576 - 577] а ДПКД 34 реализуется аналогично ДПКД 12 блоков БД 3.
Code comparators 29, 32 can be performed using standard microcircuits described in [10, p. 186 187]
The pulse generator 30 is known from [10, p. 188 196]
The frequency divider 33 can be performed in accordance with [11, p. 576 - 577] and DPKD 34 is implemented similarly to DPKD 12 database blocks 3.

На фиг. 7 (а-е) приведены временные диаграммы следующих сигналов: последовательности (TD) импульсов на шестом выходе блока управления 7 - импульсов частоты дискретизации (7,а); импульсов на четвертом выходе БУ 7 (Tθ) (7,б); импульсов на первом (Sθ1), втором (Sθ2), М-м SθM и (M + 1)-м (SθR) выходах распределителя импульсов 4 соответственно (7,в 7,е).In FIG. 7 (a-e) shows the timing diagrams of the following signals: a sequence (TD) of pulses at the sixth output of the control unit 7 — sampling frequency pulses (7, a); pulses at the fourth output of BU 7 (Tθ) (7, b); pulses at the first (Sθ 1 ), second (Sθ 2 ), Mth Sθ M and (M + 1) -m (Sθ R ) outputs of the pulse distributor 4, respectively (7, 7, e).

На фиг. 8 (а-з) приведены временные диаграммы следующих сигналов: последовательности (TD) импульсов дискретизации (8,а); импульсов (Sθm) на одном из выходов (произвольном m-м) распределителя импульсов 4 (8.б); импульсов (TΨm) на выходе ДПКД 12 m-го БД 3 (8,в); импульсов на первом (SΨm1), втором (SΨm2), N-м (SΨmN) и (N + 1)-м (SΨmA) выхода распределителя импульсов 13 m-го БД 3 соответственно (8,г 8,ж); и импульсов (SAm) на выходе готовности АЦП 10 m-го БД 3 (8,з).In FIG. Figure 8 (a-h) shows the timing diagrams of the following signals: a sequence (TD) of sampling pulses (8, a); pulses (Sθ m ) at one of the outputs (arbitrary m-m) of the pulse distributor 4 (8.b); pulses (TΨ m ) at the output of the DPKD 12 of the m-th database 3 (8, c); pulses at the first (SΨ m1 ), second (SΨ m2 ), Nth (SΨ mN ) and (N + 1) -m (SΨ mA ) outputs of the pulse distributor 13 of the mth DB 3, respectively (8, g 8, g ); and pulses (SA m ) at the ADC ready output of the 10th mth database 3 (8, h).

На фиг. 9 (а г) приведены временные диаграммы последовательностей импульсов соответственно: на входе управления всех БВКО 6 (9,а), и на выходах делителей частоты 25 (9,б), 26 (9,в), 27 (9,г) любого из этих блоков. In FIG. Figure 9 (a) shows the timing diagrams of pulse sequences, respectively: at the control input of all BVCO 6 (9, a), and at the outputs of frequency dividers 25 (9, b), 26 (9, c), 27 (9, d) of any of these blocks.

На фиг. 10 (а г) приведены соответственно: спектр S(ω) принимаемого сигнала S(t) (10,a); дискретный спектр Y(Ω) компонент вектора Y (10,б); дискретный спектр E(Ω) сигналов на входе цифровых фильтров 23, 24, находящихся в БВКО 6 (10,в); дискретный спектр B(Ω) сигналов на выходе БВКО 6 (10,г). In FIG. 10 (a d) respectively: the spectrum S (ω) of the received signal S (t) (10, a); discrete spectrum Y (Ω) of the components of the vector Y (10, b); discrete spectrum E (Ω) of signals at the input of digital filters 23, 24 located in BVKO 6 (10, c); discrete spectrum of B (Ω) signals at the output of the BVCO 6 (10, g).

Рассмотрим работу устройства по фиг. 2 6 применительно к задаче пространственной стабилизации диаграммы направленности. Пусть имеется система координат X1Y1Z1 (фиг. 11) и необходимо сформировать диаграмму направленности в виде веера лучей в плоскости Y1OZ1, заданных набором углов θk,, направление максимума которой в плоскости X1OZ1 совпадает с осью Z1. Допустим, что пространственная ориентация антенной решетки 1 изменилась так, что перпендикуляр к ее раскрыву (т.е. ось Z связанной с ней системы координат XYZ) составил с осью Z1 углы -θ,-Ψ.. Тогда для указанной стабилизации необходимо сформировать луч диаграммы направленности антенной решетки по углу Ψ в азимутальной плоскости XOZ и обеспечить ее компенсацию по углу q в угломестной плоскости YOZ (априори предполагаем, что для J и θ выполняется ограничение (3)).Consider the operation of the device of FIG. 2 6 as applied to the problem of spatial stabilization of the radiation pattern. Suppose that there is a coordinate system X1Y1Z1 (Fig. 11) and it is necessary to form a radiation pattern in the form of a fan of rays in the Y1OZ1 plane defined by a set of angles θ k , whose maximum direction in the X1OZ1 plane coincides with the Z1 axis. Suppose that the spatial orientation of antenna array 1 has changed so that the perpendicular to its opening (i.e., the Z axis of the XYZ coordinate system associated with it) has angles -θ, -Ψ with the Z1 axis. Then, for this stabilization, it is necessary to form a beam of the diagram directivity of the antenna array along the angle Ψ in the azimuthal plane XOZ and ensure its compensation along the angle q in the elevation plane YOZ (a priori, we assume that constraint (3) holds for J and θ).

Устройство по фиг. 2 6 работает следующим образом. Генератор импульсов 30 блока БУ 7 (фиг. 6) вырабатывает тактовую последовательность ТТ импульсов высокой частоты, период Тt следования которых удовлетворяет условию
Tt≪ d•(C)-1sinδ,
где d расстояние между элементами антенной решетки, С скорость распространения волны принимаемого сигнала S(t),δ максимально допустимая погрешность установки лучей по углам J,θ.
The device of FIG. 2 6 works as follows. The pulse generator 30 unit BU 7 (Fig. 6) generates a clock sequence of TT pulses of high frequency, the period T t following which satisfies the condition
T t ≪ d • (C) -1 sinδ,
where d is the distance between the elements of the antenna array, C is the wave propagation speed of the received signal S (t), δ is the maximum permissible error in the installation of the rays at the angles J, θ.

Коды задаваемых углов J и θ (например от датчиков крена и дифферента) поступают на входы функциональных преобразователей 28, 31 и компараторов кодов 29, 32. Каждый функциональный преобразователь преобразует свой входной код Dвх в соответствии с функцией

Figure 00000044

поэтому на выходах преобразователей 28 и 31 формируются коды соответственно
Figure 00000045
. Каждый компаратор кодов осуществляет сравнение своего входного кода Dвх с кодом нуля, и на его выходе могут присутствовать кодовые комбинации, например двухбитовые: A+, если Dвх > 0; A0, если Dвх 0; А-, если Dвх < 0. Для рассматриваемого случая (фиг. 11) Ψ>0 и θ>0,, поэтому на выходах обоих компараторов 29, 32 будут сформированы кодовые комбинации Aψ= A+=Aθ= A+..Codes J and defined by angles θ (e.g. roll and pitch sensors) to the inputs of functional converters 28, 31 and comparators codes 29, 32. Each function generator converts its input code D Rin in accordance with the function
Figure 00000044

therefore, codes are generated at the outputs of the transducers 28 and 31, respectively
Figure 00000045
. Each code comparator compares its input code D in with a zero code, and code combinations, for example, two-bit ones, can be present at its output: A + , if D in >0; A 0 if D in 0; A - if D Ix <0. For the case under consideration (Fig. 11) Ψ> 0 and θ> 0, therefore, code combinations A ψ = A + = A θ = A + will be generated at the outputs of both comparators 29, 32. .

Последовательность ТТ поступает на второй выход БУ 7 и тактовые входы находящихся в нем делителя частоты 33 и ДПКД 34. Делитель 33 имеет постоянный коэффициент деления Кд, такой, что импульсы его выходной последовательности TD (фиг. 7, а; 8, а; 9,а) следуют с частотой дискретизации Fд (Tt•Kд)-1, удовлетворяющей условию (4)

Figure 00000046

где F0,Δf соответственно центральная частота и ширина спектра принимаемого сигнала S(t) (фиг. 10,а); i любое положительное целое, при котором выполняется неравенство (8). Делитель с переменным коэффициентом деления 34 осуществляет деление частоты его входной последовательности в число раз, определяемое кодом, поступающим на его вход установки коэффициента с выхода функционального преобразователя 31. Поскольку вход синхронизации ДПКД 34 соединен с выходом делителя частоты 33, каждым импульсом TD производится установка ДПКД в исходное состояние. Поэтому его выходной сигнал Tθ (фиг. 7, б) в интервале между любыми импульсами дискретизации представляет собой пачку импульсов, начало которой по времени всегда совпадает с импульсом дискретизации. При этом период следования импульсов в пачке t1 равен
Figure 00000047
.The TT sequence is fed to the second output of the control unit 7 and the clock inputs of the frequency divider 33 and the DPKD 34 located in it. The divider 33 has a constant division coefficient K d such that the pulses of its output sequence are TD (Fig. 7, a; 8, a; 9 , a) follow with a sampling frequency F d (T t • K d ) -1 , satisfying condition (4)
Figure 00000046

where F 0 , Δf, respectively, the center frequency and spectrum width of the received signal S (t) (Fig. 10, a); i any positive integer for which inequality (8) holds. A divider with a variable division factor 34 divides the frequency of its input sequence by the number of times determined by the code supplied to its input of the coefficient setting from the output of the functional converter 31. Since the synchronization input DPKD 34 is connected to the output of the frequency divider 33, each pulse TD sets the DPKD to the initial state. Therefore, its output signal Tθ (Fig. 7, b) in the interval between any sampling pulses is a packet of pulses, the beginning of which always coincides with the sampling pulse in time. Moreover, the pulse repetition period in the t 1 packet is
Figure 00000047
.

Таким образом, при работе блока управления 7 на его выходах непрерывно формируются код

Figure 00000048
на первом выходе; последовательность ТТ импульсов с периодом Тt на втором выходе; кодовая комбинация Aψ (результат сравнения кода угла J с нулем) на третьем выходе; следующие с шагом дискретизации Δ = (Fд)-1 когерентные пачки Tθ импульсов с периодом
Figure 00000049
их следования в пачке на четвертом выходе; кодовая комбинация Aθ (результат сравнения кода угла q с нулем) на пятом выходе; и последовательность TD импульсов дискретизации с частотой следования Fд (8) на шестом выходе.Thus, during operation of the control unit 7, code is continuously generated at its outputs
Figure 00000048
at the first exit; a sequence of TT pulses with a period of T t at the second output; code combination A ψ (the result of comparing the angle code J with zero) at the third output; following with a sampling step Δ = (F d ) -1 coherent bursts Tθ of pulses with a period
Figure 00000049
their following in a pack at the fourth exit; code combination A θ (the result of comparing the angle code q with zero) at the fifth output; and a sequence of TD sampling pulses with a repetition rate of F d (8) at the sixth output.

Каждый импульс последовательности TD запускает распределитель импульсов (РИ) 4. Возможны три режима его работы, в зависимости от кодовой комбинации Aθ,, подаваемой на его вход режима с пятого выхода блока управления (БУ) 7:
если Aθ= A+ (т. е. при θ>0), то синхронно с импульсом TD возбуждается первый выход РИ 4, а затем последовательно во времени с интервалом, равным периоду τ1 следования импульсов в пачке Tθ,, поступающей на тактовый вход РИ 4 с четвертого выхода БУ 7, выходы 2, 3.М;
если Aθ= A- (т.е. при θ<0), то синхронно с импульсом TD возбуждается М-й выход распределителя 4, а затем с интервалом τ1 его выходы М-1, М-2.1;
если Aθ= A0 (т.e. при θ = 0), то синхронно с импульсом TD выходы РИ 4 с первого по М-й возбуждаются одновременно.
Each pulse of the TD sequence starts the pulse distributor (RI) 4. Three modes of its operation are possible, depending on the code combination A θ supplied to the mode input from the fifth output of the control unit (BU) 7:
if A θ = A + (i.e., for θ> 0), then the first output of RI 4 is excited synchronously with the TD pulse, and then sequentially in time with an interval equal to the period τ 1 of the pulses in the Tθ packet arriving at the clock input RI 4 from the fourth output of BU 7, outputs 2, 3. M;
if A θ = A - (i.e., when θ <0), then the Mth output of the distributor 4 is excited synchronously with the TD pulse, and then its outputs M-1, M-2.1 with an interval of τ 1 ;
if A θ = A 0 (i.e., when θ = 0), then simultaneously with the TD pulse, the outputs of RI 4 from the first through the Mth are excited simultaneously.

Поскольку в рассматриваемом случае θ>0,, то первым возбуждается первый выход РИ 4, и форма сигналов Sθ1...м на выходах распределителя имеет вид, как на фиг. 7 (б-е). По возбуждении всех выходов РИ 4 с первого по М-й на его (M + 1)-м выходе будет сформирован импульс SθR сброса, который, поступив на вход сброса РИ 4, возвратит последний в исходное состояние и сделает его нечувствительным к сигналам на тактовом входе и входе режима до момента прихода очередного импульса дискретизации.Since in the case under consideration θ> 0, the first output of RI 4 is excited first, and the waveform Sθ 1 ... m at the outputs of the distributor has the form, as in FIG. 7 (b-e). Upon excitation of all outputs of RI 4 from the first to the Mth, a reset pulse Sθ R will be generated at its (M + 1) -th output, which, upon entering the reset input RI 4, will return the latter to its original state and make it insensitive to signals at clock input and mode input until the next sampling pulse arrives.

Таким образом, в процессе работы распределителя импульсов 4 на его выходах непрерывно формируются последовательности Sθ1,,SθN импульсов, период которых равен шагу дискретизации Δ = (Fд)-1.. Временной сдвиг между импульсами, формируемыми на соседних выходах, всегда равен

Figure 00000050
, т. е. абсолютной величине пространственной задержки в угломестной плоскости антенной решетки 1, определяемой для фронта волны, поступающего на нее с заданного направления, а очередность появления указанных импульсов на выходах РИ 4 определяется знаком угла θ..Thus, in the process of operation of the pulse distributor 4, sequences Sθ 1 ,, Sθ N of pulses are continuously formed at its outputs, the period of which is equal to the sampling step Δ = (F d ) -1 .. The time shift between the pulses generated at the adjacent outputs is always equal
Figure 00000050
, i.e., the absolute value of the spatial delay in the elevation plane of the antenna array 1, determined for the front of the wave entering it from a given direction, and the sequence of occurrence of these pulses at the outputs of RI 4 is determined by the sign of the angle θ ..

Импульсы

Figure 00000051
с выходов РИ 4 поступают на пятые входы управления соответствующих блоков дискретизации (БД) 3. Рассмотрим работу этих блоков на примере произвольного m-го блока (фиг. 3, 8). Импульс Sθm с пятого входа управления этого БД 3 поступает на вход синхронизации делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 12 и вход запуска РИ 13. ДПКД 12 осуществляет деление частоты тактовой последовательности ТТ, поступающей на его тактовый вход с второго входа управления БД 3, в число раз, определяемое кодом Dψ, подаваемым на его вход установки коэффициента с первого входа управления данного блока. В результате на выходе ДПКД 12 формируется пачка импульсов TΨm (фиг. 8, в), при этом период τ2 следования импульсов в ней равен
Figure 00000052
. Так как каждым импульсом Sθm по входу синхронизации ДПКД 12 производится его установка в исходное состояние, начало указанной пачки всегда синфазно с импульсом последовательности Sθm. Импульсы TΨm с выхода ДПКД 12 поступают на тактовый вход РИ 13, который работает аналогично РИ 4 в режиме, задаваемом кодовой комбинацией на его входе режима. Данная комбинация (Aψ) поступает на указанный вход с третьего входа управления БД 3 и для рассматриваемого случая равна А+. Поэтому вначале возбуждается первый выход РИ 13 (причем синхронно с импульсом Sθm, поскольку последний запускает распределитель 13 по его входу запуска), а затем выходы 2.N. На выходах РИ 13 формируются импульсы SΨm1,SΨm2,,,SΨmN (фиг. 8,г-e), период следования каждого из которых совпадает с шагом дискретизации Δ. Временной же сдвиг между моментами формирования импульсов на соседних выходах указанного распределителя всегда равен
Figure 00000053
, т. е. абсолютной величине пространственной задержки в азимутальной плоскости антенной решетки 1, определяемой для фронта волны, поступающего на нее с заданного направления (заметим, что знаком Ψ определяется очередность появления импульсов на выходах РИ 13). Импульсы с выходов РИ 13 поступают на входы управления соответствующих УВХ 8 и последовательно во времени со сдвигом t2 переводят их (начиная с N-го и кончая первым) из режима выборки в режим хранения. Входы УВХ данного БД 3 подключены к выходам тех элементов 2 антенной решетки 1, которые образуют (m m 1)-ю линейную подрешетку, расположенную в азимутальной плоскости (согласно фиг. 2, n-е УВХ данного m-го БД 3 соединено с элементом, имеющим номер (m m 1, n n 1)). Поэтому на выходах УВХ фиксируются аналоговые выборки, полученные со сдвигом τ2 из выходных сигналов элементов указанной подрешетки. Причем для фронта волны, поступившего синхронно с импульсом Sθm на данную подрешетку (т. е. ее (N 1)-й элемент) с направления, заданного углами Ψ и θ,, момент выборки сигнала любого элемента совпадает с моментом его достижения указанным фронтом. Выходные сигналы УВХ 8 суммируются сумматором 9 с весами βn, в качестве которых выступают либо коэффициенты передачи n-го УВХ, либо коэффициенты передачи сумматора по его n-му входу. Поэтому в момент tm, когда все УВХ 8 переведены в режим хранения, выходной сигнал ym сумматора 9 имеет вид
Figure 00000054

где xmn(t) выходной сигнал элемента антенной решетки 1, подключенного к n-му входу данного m-го БД 3,
т. е. представляет собой выборку из выходного сигнала подключенной к информационным входам данного БД 3 линейной подрешетки, луч диаграммы направленности которой сформирован в направлении, заданном углом Ψ..Impulses
Figure 00000051
from the outputs of RI 4 go to the fifth control inputs of the corresponding blocks of discretization (DB) 3. Consider the operation of these blocks on the example of an arbitrary m-th block (Fig. 3, 8). The pulse Sθ m from the fifth control input of this DB 3 is fed to the synchronization input of a divider with a variable division coefficient (DPKD) 12 and the start input of RI 13. DPKD 12 divides the frequency of the TT clock sequence arriving at its clock input from the second DB control input 3, the number of times determined by the code D ψ supplied to its input of setting the coefficient from the first control input of this unit. As a result, a burst of pulses TΨ m is formed at the output of the DPKD 12 (Fig. 8, c), while the period τ 2 of the following pulses in it is
Figure 00000052
. Since each pulse Sθ m at the synchronization input of the DPKD 12 is set to its initial state, the beginning of this burst is always in phase with the pulse of the sequence Sθ m . The pulses TΨ m from the output of the DPKD 12 are fed to the clock input of RI 13, which works similarly to RI 4 in the mode specified by the code combination at its mode input. This combination (A ψ ) is supplied to the specified input from the third input of the DB 3 control and for the case under consideration is equal to A + . Therefore, at first, the first output of RI 13 is excited (and synchronously with the pulse Sθ m , since the latter starts the distributor 13 at its start-up input), and then the outputs 2.N. At the outputs of RI 13, pulses SΨ m1 , SΨ m2 ,,, SΨ mN are formed (Fig. 8, g-e), the period of each of which coincides with the sampling step Δ. The time shift between the moments of the formation of pulses at the adjacent outputs of the specified distributor is always equal
Figure 00000053
i.e., the absolute value of the spatial delay in the azimuthal plane of the antenna array 1, determined for the front of the wave arriving at it from a given direction (note that the sign Ψ determines the order of appearance of pulses at the outputs of RI 13). The pulses from the outputs of RI 13 are fed to the control inputs of the corresponding UVX 8 and sequentially in time with a shift of t 2 transfer them (from the Nth to the first) from the sampling mode to the storage mode. The inputs of the I – V characteristic of this database 3 are connected to the outputs of those elements 2 of the antenna array 1 that form the (mm 1) -th linear sublattice located in the azimuthal plane (according to Fig. 2, the nth I – V characteristic of this m-th database 3 is connected to the element, having the number (mm 1, nn 1)). Therefore, analogue samples obtained with a shift of τ 2 from the output signals of the elements of the specified sublattice are recorded at the outputs of the UVC. Moreover, for the front of the wave arriving synchronously with the pulse Sθ m to this sublattice (i.e., its (N 1) th element) from the direction given by the angles Ψ and θ, the sampling time of the signal of any element coincides with the moment of its achievement by the indicated front . The output signals of the UVX 8 are summed by the adder 9 with the weights β n , which are either the transmission coefficients of the nth UVX or the transmission coefficients of the adder at its nth input. Therefore, at the time t m , when all the I / O 8 are transferred to the storage mode, the output signal y m of the adder 9 has the form
Figure 00000054

where x mn (t) is the output signal of the element of the antenna array 1 connected to the n-th input of this m-th database 3,
i.e., it is a sample of the linear sublattice connected to the information inputs of a given DB 3 from the output signal, the beam of which radiation pattern is formed in the direction given by the angle Ψ ..

В момент tm (фиг. 8,ж) на (N + 1)-м выходе РИ 13 формируется сигнал SΨmA запуска АЦП 10. По окончании цикла аналого-цифрового преобразования в выходном регистре АЦП 10 фиксируется цифровой эквивалент (отсчет) выходного сигнала ym(tm) сумматора и на выходе готовности данных АЦП формируется сигнал SAm (фиг. 8,з) готовности. Этот сигнал поступает на вход сброса РИ 13 и возвращает его в исходное состояние, которое характеризуется тем, что все УВХ находятся в режиме выборки, АЦП сохраняет свой выходной код, а РИ 13 находится в режиме ожидания очередного импульса Sθm..At the time t m (Fig. 8g), the signal SΨ mA of the ADC start-up 10 is generated at the (N + 1) -m output of RI 13. At the end of the analog-to-digital conversion cycle, the digital equivalent (count) of the output signal is recorded in the output register of the ADC 10 y m (t m ) of the adder and the readiness output of the ADC generates a signal SA m (Fig. 8, h) of readiness. This signal is fed to the reset input of RI 13 and returns to its original state, which is characterized by the fact that all the I / O are in sampling mode, the ADC retains its output code, and RI 13 is in standby mode for the next pulse Sθ m ..

Поскольку все блоки дискретизации 3 работают идентично, то цифровой эквивалент напряжения вида (9) фиксируется на выходе АЦП 10 любого из них в момент, отстоящий на интервал времени (N-1)•τ2 от момента поступления на пятый вход управления этого блока импульса Sθ с соответствующего выхода РИ 4. Как уже отмечалось, эти импульсы сдвинуты на t1 и поэтому синхронны с моментами прихода на соответствующие линейные подрешетки одного и того же фронта волны, поступившего на антенную решетку 1 одновременно с импульсом дискретизации (в момент запуска РИ 4). Следовательно, начиная с момента tv, отстоящего от момента запуска РИ 4 на интервал времени (M-1)•τ1+(N-1)•τ2, совокупность выходных кодов АЦП всех БД 3 представляет собой вектор отсчетов выходных сигналов элементов компенсированной по углу θ эквивалентной линейной подрешетки, которая расположена в угломестной плоскости, причем элементами этой эквивалентной подрешетки являются расположенные в азимутальной плоскости линейные подрешетки, диаграмма направленности которых сформирована по направлению угла J..Since all sampling units 3 work identically, the digital equivalent of voltage of the form (9) is fixed at the output of the ADC 10 of any of them at a time spanning the time interval (N-1) • τ 2 from the moment of arrival of the pulse Sθ to the fifth control input from the corresponding output of RI 4. As already noted, these pulses are shifted by t 1 and therefore synchronous with the moments of arrival at the corresponding linear sublattices of the same wave front that entered the antenna array 1 simultaneously with the sampling pulse (at the moment of starting RI 4). Therefore, starting from the moment t v , which is separated from the moment of starting RI 4 by the time interval (M-1) • τ 1 + (N-1) • τ 2 , the set of ADC output codes of all DB 3 is a vector of samples of the output signals of the elements compensated along the angle θ of the equivalent linear sublattice, which is located in the elevation plane, and the elements of this equivalent sublattice are linear sublattices located in the azimuthal plane, whose radiation pattern is formed in the direction of the angle J ..

Каждый импульс последовательности TD (импульс дискретизации) поступает на четвертые входы управления всех БД 3, а с них на входы записи буферных регистров 11 этих блоков, которые стробируют выходные данные АЦП 10. В силу (3) указанные импульсы поступают на входы записи регистров с некоторой задержкой δt≥0 относительно моментов tv, поэтому в буферном регистре каждого блока фиксируется отсчет напряжения вида (9). Тем самым обеспечивается формирование вектора [Y] действительных отсчетов, следующих синхронно с шагом дискретизации Δ.. При этом в силу (9) и того, что моменты запуска РИ 13 любых m-го и (m + 1)-го БД 3 сдвинуты на τ1, для произвольной компоненты Ym указанного вектора, т.е. выходного сигнала (m + 1)-го БД 3, имеет место выражение (2).Each pulse of the TD sequence (sampling pulse) is supplied to the fourth control inputs of all DB 3, and from them to the recording inputs of the buffer registers 11 of these blocks, which gate the output of the ADC 10. By virtue of (3), these pulses arrive at the inputs of the register entries with some delay δt≥0 relative to the moments t v ; therefore, a voltage readout of the form (9) is fixed in the buffer register of each block. This ensures the formation of a vector [Y] of real samples that follow synchronously with the sampling step Δ .. Moreover, by virtue of (9) and the fact that the triggering times of RI 13 of any mth and (m + 1) th DB 3 are shifted by τ 1 , for an arbitrary component Y m of the indicated vector, i.e. output signal of the (m + 1) th DB 3, expression (2) takes place.

Таким образом, в результате работы блоков дискретизации 3 одновременно обеспечиваются дискретизация выходных сигналов элементов 2 антенной решетки 1, ее компенсация в угломестной плоскости (на угол θ), и формирование луча диаграммы направленности в азимутальной плоскости (с главным максимумом в направлении угла J). При этом выходной сигнал каждого БД 3 с точностью до амплитуды представляет собой последовательность отсчетов принимаемого сигнала S(t), в связи с чем форма его дискретного спектра (фиг. 10,б) в основном интервале дискретных частот совпадает с формой спектра S(t). Thus, as a result of the operation of the sampling units 3, at the same time, the output signals of the elements 2 of the antenna array 1 are sampled, its compensation in the elevation plane (by the angle θ), and beamforming in the azimuthal plane (with the main maximum in the direction of the angle J). Moreover, the output signal of each DB 3, up to the amplitude, is a sequence of samples of the received signal S (t), and therefore the shape of its discrete spectrum (Fig. 10, b) in the main interval of discrete frequencies coincides with the shape of the spectrum S (t) .

Выходные сигналы БД 3 поступают на соответствующие информационные входы всех БФЛ 5, на входы управления которых с второго входа БУ 7 подается код угла q.. С m-го информационного входа каждого БФЛ, подключенного к выходу m-го БД 3, дискретный сигнал поступает на первый вход m-го УКВ 14 (фиг. 4), а с него на первые входы умножителей 16, 17. На вторые входы этих умножителей поступает преобразованный код соответственно с первого и второго выходов функционального преобразователя 15. Функции преобразования Р1km, P2km для первого и второго выходов m-го УКВ 14, находящегося в составе k-го БФЛ 5, который предназначен для формирования луча в направлении угла θk в угломестной плоскости (фиг. 11) имеют вид

Figure 00000055
,
где m m 1; αm коэффициент амплитудного распределения в угломестной плоскости; λ = c•(F0)-1 длина волны принимаемого колебания. Поэтому сигналы на выходах указанного УКВ представляют собой произведения дискретного сигнала, поступающего на m-е информационные входы всех БФЛ 5, и Р1km, P2km соответственно. Сумматоры 18, 19 осуществляют суммирование сигналов, поступающих соответственно с первых и вторых выходов всех УКВ. При этом их выходные сигналы согласно (4) (6) представляют собой действительную и мнимую части результата
Figure 00000056
формирования k-го луча в угломестной плоскости.The output signals of the OBD 3 are supplied to the corresponding information inputs of all the BFLs 5, the angle code q is supplied from the second input of the BU 7 to the control inputs. From the mth information input of each BFL connected to the output of the mth DB 3, a discrete signal is fed to the first input of the mth VHF 14 (Fig. 4), and from it to the first inputs of the multipliers 16, 17. The second inputs of these multipliers receive the converted code, respectively, from the first and second outputs of the functional converter 15. Transformation functions P1 km , P2 km for the first and second outputs of the mth VHF 14, nakh lasting in the composition of the k-th BFL 5, which is designed to form a beam in the direction of the angle θ k in the elevation plane (Fig. 11) have the form
Figure 00000055
,
where mm 1; α m is the coefficient of amplitude distribution in the elevation plane; λ = c • (F 0 ) -1 the wavelength of the received oscillation. Therefore, the signals at the outputs of the specified VHF are the products of the discrete signal supplied to the mth information inputs of all BFL 5, and P1 km , P2 km, respectively. Adders 18, 19 summarize the signals coming from the first and second outputs of all VHF, respectively. Moreover, their output signals according to (4) (6) represent the real and imaginary parts of the result
Figure 00000056
the formation of the k-th ray in the elevation plane.

Комплексные дискретные сигналы с выходов БФЛ 5 поступают на информационные входы соответствующих БВКО 6, работа которых основана на выделении отсчетов комплексной огибающей посредством синхронного детектирования (7). Поскольку частота дискретизации удовлетворяет (8), опорная последовательность

Figure 00000057
, на которую согласно (7) следует умножить входной сигнал
Figure 00000058
произвольного k-го БВКО, имеет вид
Figure 00000059
, т. е. ее действительная и мнимая части есть последовательности нулей и ± единиц. При этом действительная ECk(lΔ) и мнимая ESk(lΔ) части результата умножения связаны с действительной RCk(lΔ) и мнимой RSk(lΔ) частями
Figure 00000060
следующим образом (см. таблицу).Complex discrete signals from the outputs of the BFL 5 are fed to the information inputs of the corresponding BVCO 6, the operation of which is based on the allocation of the samples of the complex envelope by means of synchronous detection (7). Since the sampling rate satisfies (8), the reference sequence
Figure 00000057
which, according to (7), should multiply the input signal
Figure 00000058
arbitrary k-th BVKO, has the form
Figure 00000059
, i.e., its real and imaginary parts are sequences of zeros and ± ones. The real EC k (lΔ) and imaginary ES k (lΔ) parts of the multiplication result are related to the real RC k (lΔ) and imaginary RS k (lΔ) parts
Figure 00000060
as follows (see table).

Следовательно, умножение на опорную последовательность сводится к коммутации отсчетов и инверсии их знаков. Therefore, multiplication by the reference sequence is reduced to switching samples and inverting their signs.

Отсчеты действительной и мнимой частей входного сигнала произвольного k-го БВКО 6 поступают с его информационного входа соответственно на первый и второй входы цифрового коммутатора 20 (фиг. 5). На вход управления коммутатора с выхода делителя частоты 25 поступает последовательность импульсов, частота следования которых вдвое меньше частоты дискретизации (фиг. 9,а). При высоком уровне сигнала на входе управления коммутатора на его первый и второй выходы поступает отсчеты соответственно с первого и второго входа. При низком уровне сигнала на входе управления на первый выход коммутатора проходит отсчет с второго входа, а на второй выход с первого входа. Отсчеты с первого и второго выходов коммутатора 20 поступают на первые входы инверторов знака 21 и 22 соответственно. На вторые входы этих инверторов поступают сигналы с выходов делителей частоты на 2 соответственно 26 и 27. При высоком уровне сигналов на своем втором входе (фиг. 9,в, г) инверторы изменяют на противоположные знаки отсчетов, поступивших на их первые входы, т.е. отсчетов с номерами l 1, 2, 5, 6. для инвертора 21 и l 2, 3, 6, 7. для инвертора 22. В результате на выходах инверторов формируется последовательность

Figure 00000061
комплексных отсчетов, которая согласно приведенной выше таблице есть произведение входного сигнала БВКО и опорной последовательности. Действительная и мнимая части
Figure 00000062
поступают на входы цифровых фильтров 23 и 24, которые подавляют высокочастотные компоненты в спектре
Figure 00000063
(фиг. 10, в, г) и на выходе БВКО, образованном выходами указанных фильтров, формируется последовательность
Figure 00000064
отсчетов комплексной огибающей сигнала, принятого по k-му лучу диаграммы направленности.The samples of the real and imaginary parts of the input signal of an arbitrary k-th BVCO 6 come from its information input, respectively, to the first and second inputs of the digital switch 20 (Fig. 5). The control input of the switch from the output of the frequency divider 25 receives a sequence of pulses, the repetition rate of which is half the sampling frequency (Fig. 9, a). With a high signal level at the control input of the switch, the first and second outputs receive samples, respectively, from the first and second inputs. With a low signal level at the control input, the first output of the switch counts from the second input, and the second output from the first input. The samples from the first and second outputs of the switch 20 are received at the first inputs of the sign inverters 21 and 22, respectively. The second inputs of these inverters receive signals from the outputs of the frequency dividers by 2, 26 and 27, respectively. With a high level of signals at its second input (Fig. 9, c, d), the inverters change to the opposite signs of the samples received at their first inputs, t. e. samples with numbers l 1, 2, 5, 6. for inverter 21 and l 2, 3, 6, 7. for inverter 22. As a result, a sequence is formed at the outputs of inverters
Figure 00000061
complex samples, which according to the table above is the product of the input signal of the BVCO and the reference sequence. Real and imaginary parts
Figure 00000062
arrive at the inputs of digital filters 23 and 24, which suppress high-frequency components in the spectrum
Figure 00000063
(Fig. 10, c, d) and at the output of the BVCO formed by the outputs of these filters, a sequence is formed
Figure 00000064
samples of the complex envelope of the signal received by the k-th beam pattern.

Предложенный способ формирования диаграммы направленности осуществляется при последовательной реализации следующих операций. The proposed method of forming a radiation pattern is carried out in the sequential implementation of the following operations.

1. Производят измерение волнового поля, т.е. прием сигнала, посредством плоской антенной решетки. 1. Measure the wave field, ie signal reception by means of a flat antenna array.

2. Задают некоторые углы Ψ и θ, соответственно в азимутальной и угломестной плоскостях антенны. 2. Specify some angles Ψ and θ, respectively, in the azimuthal and elevation planes of the antenna.

3. Производят дискретизацию выходных сигналов элементов антенной решетки и одновременно с дискретизацией осуществляют формирование луча диаграммы направленности по углу Ψ и компенсацию антенной решетки по углу q. Для этого, например, выборки выходных сигналов соседних элементов антенной решетки получают со сдвигом во времени, величину которого выбирают исходя из значения угла J для элементов, имеющих одинаковые координаты в угломестной плоскости, и исходя из значения угла q для элементов, имеющих одинаковые координаты в азимутальной плоскости, затем формируют вектор Y действительных дискретных сигналов, каждую компоненту которого получают посредством весового суммирования выборок, полученных из выходных сигналов тех элементов антенной решетки, которые имеют одинаковые координаты в угломестной плоскости. 3. Discretize the output signals of the elements of the antenna array and simultaneously with the sampling, the beam is formed by the radiation pattern along the angle компенса and the compensation of the antenna array by the angle q. For this, for example, samples of the output signals of adjacent elements of the antenna array are obtained with a time shift, the value of which is selected based on the value of the angle J for elements having the same coordinates in the elevation plane, and based on the value of the angle q for elements having the same coordinates in the azimuthal plane, then form a vector Y of real discrete signals, each component of which is obtained by weighting the sum of the samples obtained from the output signals of those elements of the antenna array, which have the same coordinates in the elevation plane.

Для осуществления указанной операции, в частности, в устройстве по фиг. 2 6, в пределах каждого шага дискретизации производят сдвиг выборок путем последовательного запуска блоков дискретизации 3 от распределителя импульсов 4 с интервалом t1,, равным пространственной задержке в угломестной плоскости, и последовательного перевода в режим хранения устройств выборки-хранения 8 каждого блока 3 с интервалом τ2,, равным пространственной задержке в азимутальной плоскости;
получение компонент вектора Y путем суммирования многовходовым аналоговым сумматором 9 выходных сигналов всех устройств выборки-хранения каждого блока дискретизации;
формирование вектора Y путем одновременного стробирования выходных данных АЦП 10 каждого блока дискретизации буферными регистрами 11.
To carry out this operation, in particular, in the device of FIG. 2 6, within each sampling step, samples are shifted by sequentially starting sampling blocks 3 from the pulse distributor 4 with an interval t 1 ,, equal to the spatial delay in the elevation plane, and sequentially transferring to storage mode the sampling-storage devices 8 of each block 3 with an interval τ 2 ,, equal to the spatial delay in the azimuthal plane;
obtaining the components of the vector Y by summing, with a multi-input analog adder, 9 output signals of all sample-storage devices of each sampling block;
the formation of the vector Y by simultaneously gating the output of the ADC 10 of each block discretization buffer registers 11.

4. Производят формирование набора лучей в угломестной плоскости, например, посредством суммирования компонент полученного в результате предыдущей операции 3 вектора Y с комплексными весовыми коэффициентами. Для осуществления этой операции, в частности, в устройстве по фиг. 2 6 в каждом блоке формирования луча 5 выходные отсчеты всех блоков дискретизации умножают на действительную (умножителем 16) и мнимую (умножителем 17) части соответствующего весового коэффициента, формируемые функциональными преобразователями 15, а действительные и мнимые части результатов умножения суммируют сумматорами 18 и 19. 4. A set of rays is formed in the elevation plane, for example, by summing the components of the vector Y obtained as a result of the previous operation 3 with complex weight coefficients. To carry out this operation, in particular, in the device of FIG. 2 6 in each beam forming unit 5, the output samples of all sampling units are multiplied by the real (multiplier 16) and imaginary (multiplier 17) parts of the corresponding weight coefficient generated by the functional converters 15, and the real and imaginary parts of the multiplication results are summed by adders 18 and 19.

5. Осуществляют выделение отсчетов комплексной огибающей сигналов, принятых по каждому из набора лучей. Для осуществления данной операции, например, в устройстве по фиг. 2 6 посредством блока 6 производят синхронное детектирование выходных сигналов всех блоков формирования луча 5. 5. Separate the samples of the complex envelope of the signals received for each of the set of rays. To carry out this operation, for example, in the device of FIG. 2 through 6 block synchronously detect the output signals of all beam forming units 5.

Такое выполнение способа формирования диаграммы направленности позволяет по сравнению с прототипом [3, c. 110] повысить точность диаграммоформирования и одновременно снизить вычислительные затраты при реализации способа. This embodiment of the method of forming the radiation pattern allows in comparison with the prototype [3, p. 110] to increase the accuracy of chart formation and at the same time reduce the computational cost when implementing the method.

В предложенном способе в отличие от прототипа указанная точность не зависит от шага дискретизации. В частности, при реализации способа с помощью устройства по фиг. 2 6 она составляет δ[рад] = arcsin[2•(d•Ft)-1] и для эквидистантной решетки с полуволновым расстоянием d между элементами равна
δ = arcsin(2•F0•F -1 t ) (10)
где Fo центральная частота принимаемого сигнала, Ft - частота тактового генератора 30 (фиг. 6).
In the proposed method, in contrast to the prototype, the specified accuracy does not depend on the sampling step. In particular, when implementing the method using the device of FIG. 2 6 it is δ [rad] = arcsin [2 • (d • F t ) -1 ] and for an equidistant lattice with a half-wave distance d between the elements is
δ = arcsin (2 • F 0 • F -one t ) (10)
where F o is the central frequency of the received signal, F t is the frequency of the clock generator 30 (Fig. 6).

При реализации же способа-прототипа указанная точность равна
δ = arcsin(2•F0•F -1 д ) (11)
где Fд частота дискретизации.
When implementing the same prototype method, the specified accuracy is
δ = arcsin (2 • F 0 • F -one d ) (eleven)
where F d is the sampling rate.

Оценим вычислительные затраты при реализации предложенного способа и прототипа по тому объему вычислительных операций, а именно числу умножений VM и сложений VS в единицу времени, который необходим для формирования одного луча диаграммы направленности антенной решетки размером N x N элементов. Let us estimate the computational costs when implementing the proposed method and prototype in terms of the volume of computational operations, namely, the number of multiplications VM and additions VS per unit time, which is necessary for the formation of one beam of the radiation pattern of an antenna array of size N x N elements.

Для прототипа VM1= N•(N+1)•Fд; VS1=(N+1)•(N-1)•Fд. Для предложенного способа, когда его операция 3 выполняется посредством сдвига выборок и формирования N-мерного вектора Y, операция 4 посредством суммирования компонент Y с комплексными весами, а операция 5 реализуется посредством синхронного детектирования VM2 [2(N + H) + 4] • Fд при невыполнении условия (8) и VM2 2(N + H) • Fд при его выполнении; VS2 [2(N + H) 4] • Fд (здесь H ≃ Fд(Δf)-1 длительность импульсной характеристики цифрового фильтра, Δf ширина спектра принимаемого сигнала).For the prototype VM 1 = N • (N + 1) • F d ; VS 1 = (N + 1) • (N-1) • F d . For the proposed method, when its operation 3 is performed by shifting the samples and generating an N-dimensional vector Y, operation 4 by summing the components of Y with complex weights, and operation 5 is implemented by synchronously detecting VM 2 [2 (N + H) + 4] • F d upon failure of condition (8) and VM 2 2 (N + H) • F d upon its fulfillment; VS 2 [2 (N + H) 4] • F d (here H ≃ F d (Δf) -1 is the duration of the impulse response of the digital filter, Δf is the width of the spectrum of the received signal).

По предложенному способу частота дискретизации может выбираться исходя из ширины спектра сигнала, а именно Fд≥4•Δf, вместе с тем, чтобы лучи диаграммы направленности были достаточно узкими, апертура антенной решетки N•d должна существенно превышать длину волны. Примем N > 10, H N, тогда даже при одинаковой с прототипом частоте дискретизации предложенный способ обеспечивает выигрыш Qv по объему вычислений, равный

Figure 00000065

Поскольку принимаемый сигнал всегда узкополосен F0≫ Δf, при выбираемой исходя из ширины спектра частоте дискретизации обеспечиваемая прототипом точность установки лучей (11) недопустимо низка, тогда как в предложенном способе указанная точность настолько велика, насколько большой может быть выбрана тактовая частота Ft.According to the proposed method, the sampling frequency can be selected based on the width of the spectrum of the signal, namely F d ≥4 • Δf, while the beams of the radiation pattern are sufficiently narrow, the aperture of the antenna array N • d should significantly exceed the wavelength. We take N> 10, HN, then even at the same sampling rate as the prototype, the proposed method provides a gain Q v in the amount of calculations equal to
Figure 00000065

Since the received signal is always narrow-band F 0 ≫ Δf, at the sampling frequency selected on the basis of the spectrum width, the beam alignment accuracy provided by the prototype (11) is unacceptably low, while in the proposed method the specified accuracy is as high as the clock frequency F t can be chosen.

Проведенный анализ свидетельствует о новизне и изобретательском уровне решения, а выполненная (в рамках проводимой по заказу ГУНИО МО РФ НИР "Шаган-РВО") техническая проработка подтверждает возможность его промышленной применимости. The analysis shows the novelty and inventive step of the solution, and the technical study (commissioned by the GUNIO of the RF Ministry of Defense “Shagan-RVO”) confirms the possibility of its industrial applicability.

Литература Источники информации
1. Старожицкий В.В. Съемка рельефа дна с высоким разрешением. Судостроение за рубежом, N 6, 1988, с.58-60.
Literature Sources of information
1. Starozhitsky V.V. High-resolution bottom topography. Shipbuilding abroad, N 6, 1988, p. 58-60.

2. Бурдик В.С. Анализ гидроакустических систем. Л. Судостроение, 1988. 2. Burdik V.S. Analysis of sonar systems. L. Shipbuilding, 1988.

3. Найт У.С. Придэм Р.Г. и Кей С.М. Цифровая обработка сигналов в гидролокационных системах. ТИИЭР, т.69, N 11, 1981, с.84-154. 3. Knight, US. Pridem R.G. and Kay S.M. Digital signal processing in sonar systems. TIIER, t. 69, N 11, 1981, pp. 84-154.

4. Лещинский М.М. и Торгушин Е.И. Об одном способе дискретизации узкополосных сигналов. В сб. Методы и устройства первичной обработки сигналов в радиотехнических системах. Горький: изд. ГПИ, 1985, с.7-12. 4. Leshchinsky M.M. and Torgushin E.I. About one method of sampling narrowband signals. On Sat Methods and devices for primary signal processing in radio systems. Gorky: ed. GPI, 1985, pp. 7-12.

5. Смарышев М.Д. и Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник по расчету направленных свойств гидроакустических антенн. Л. Судостроение, 1984. 5. Smaryshev M.D. and Dobrovolsky Yu.Yu. Hydroacoustic antennas. Handbook for the calculation of directional properties of sonar antennas. L. Shipbuilding, 1984.

6. Кобяков Ю.С. Кудрявцев Н.Н. и Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. Л. Судостроение, 1986. 6. Kobyakov Yu.S. Kudryavtsev N.N. and Timoshenko V.I. The design of sonar fishing equipment. L. Shipbuilding, 1986.

7. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник /Под ред. С.В.Якубовского. М. Радио и связь. 1989. 7. Digital and analog integrated circuits. Handbook / Ed. S.V.Yakubovsky. M. Radio and communications. 1989.

8. Алексенко А.Г. Коломбет Е.Ф. и Стародуб Г.И. Применение прецензионных аналоговых ИС. М. Радио и связь, 1981. 8. Aleksenko A.G. Colombet E.F. and Starodub G.I. The use of precision analog ICs. M. Radio and Communications, 1981.

9. Федорков Б. Г. и Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М. Энергоатомиздат, 1990. 9. Fedorkov B.G. and Taurus V.A. DAC and ADC chips: operation, parameters, application. M. Energoatomizdat, 1990.

10. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М. Радио и связь, 1989. 10. Shilo V.L. Popular digital circuits. M. Radio and Communications, 1989.

11. Хоровиц П. и Хилл У. Искусство схемототехники. В 2-х томах. Т.1. М. Мир, 1984. 11. Horowitz P. and Hill W. The art of circuitry. In 2 volumes. T.1. M. World, 1984.

12. Хвощ С.Т. Варлинский Н.Н. и Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. Л: Машиностроение, 1987. 12. Horsetail S.T. Varlinsky N.N. and Popov E.A. Microprocessors and microcomputers in automatic control systems: Reference. L: Engineering, 1987.

13. Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение. М: Энергия, 1974. 13. Ilyin V.A. Remote control and telemetry. M: Energy, 1974.

14. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Справочник. М. Радио и связь, 1990. 14. Shevkoplyas B.V. Microprocessor structures. Directory. M. Radio and Communications, 1990.

15. Верешкин А.Е. и Катковник В.Я. Линейные цифровые фильтры и методы их реализации. М: Сов.радио, 1973. 15. Vereshkin A.E. and Katkovnik V.Ya. Linear digital filters and methods for their implementation. M: Sov.radio, 1973.

Claims (2)

1. Способ формирования диаграммы направленности, заключающийся в приеме сигналов посредством плоской антенной решетки, дискретизации выходных сигналов элементов антенной решетки и двухступенчатом формировании лучей диаграммы направленности раздельно в азимутальной и угломестной плоскостях, отличающийся тем, что задают углы Ψ и θ, соответственно в азимутальной и угломестной плоскостях, одновременно с дискретизацией осуществляют формирование луча диаграммы направленности по углу Ψ и компенсацию антенной решетки по углу q, для чего при дискретизации выборки выходных сигналов соседних элементов антенной решетки получают со сдвигом во времени, величину которого выбирают исходя из значения угла Ψ для элементов, имеющих одинаковые координаты в угломестной плоскости, и исходя из значения угла q для элементов, имеющих одинаковые координаты в азимутальной плоскости, формируют вектор Y действительных дискретных сигналов, каждую компоненту которого получают посредством весового суммирования выборок, полученных из выходных сигналов тех элементов антенной решетки, которые имеют одинаковые координаты в угломестной плоскости, затем производят формирование набора лучей в угломестной плоскости, после чего осуществляют выделение отсчетов комплексной огибающей сигналов, принятых по каждому из набора лучей. 1. The method of forming a radiation pattern, which consists in receiving signals through a flat antenna array, discretizing the output signals of the antenna array elements and two-stage beamforming separately in the azimuthal and elevation planes, characterized in that the angles Ψ and θ are set respectively in azimuthal and elevation planes, at the same time as sampling, they form a beam of the radiation pattern along the angle Ψ and compensate the antenna array along the angle q, for which sampling the output signals of adjacent elements of the antenna array is obtained with a time shift, the value of which is selected based on the angle Ψ for elements having the same coordinates in the elevation plane, and based on the angle q for elements having the same coordinates in the azimuthal plane, form a vector Y real discrete signals, each component of which is obtained by weighting the samples obtained from the output signals of those elements of the antenna array that have the same coordinates in the elevation plane, then produce a set of rays in the elevation plane, and then carry out the selection of the samples of the complex envelope of the signals received for each of the set of rays. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование каждого из набора лучей в угломестной плоскости осуществляют посредством суммирования компонент вектора Y с комплексными весовыми коэффициентами. 2. The method according to claim 1, characterized in that the formation of each of the set of rays in the elevation plane is carried out by summing the components of the vector Y with complex weights.
RU93045966A 1993-09-29 1993-09-29 Directivity pattern shaping method RU2072525C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93045966A RU2072525C1 (en) 1993-09-29 1993-09-29 Directivity pattern shaping method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93045966A RU2072525C1 (en) 1993-09-29 1993-09-29 Directivity pattern shaping method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93045966A RU93045966A (en) 1996-02-27
RU2072525C1 true RU2072525C1 (en) 1997-01-27

Family

ID=20147783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93045966A RU2072525C1 (en) 1993-09-29 1993-09-29 Directivity pattern shaping method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2072525C1 (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495447C2 (en) * 2011-11-15 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Beam forming method
RU2567120C1 (en) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array
RU2610820C1 (en) * 2015-12-29 2017-02-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method of determining beam pattern of phased antenna array
RU2644456C1 (en) * 2016-12-30 2018-02-12 Алексей Вадимович Литвинов Method of forming the expanded diagrams of the a phase antenna direction lattice
RU2647518C2 (en) * 2016-03-23 2018-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Method of forming beam pattern of receiving linear antenna array
RU2650095C1 (en) * 2017-04-26 2018-04-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") Method for synthesis of a multi-beam self-focusing adaptive antenna arrays by using a parametric model of signals of radiation sources
RU2650096C1 (en) * 2017-04-26 2018-04-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") Method of the multi-beam adaptive antenna array beam pattern generating using the input signal spatial frequencies spectrum parametric model
RU2659608C1 (en) * 2017-09-26 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") Method for synthesis of a multi-beam self-focusing adaptive antenna arrays by using a parametric correlation matrix model of a received signal
RU2659613C1 (en) * 2017-09-11 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны" Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО" Минобороны России) Method of synthesizing of a multi-beam self-focusing adaptive antenna array using a parametric model of the spatial frequency spectrum of emission sources signals
RU2742287C1 (en) * 2020-07-14 2021-02-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for generation of expanded beams of phased antenna array
RU2766536C1 (en) * 2021-03-29 2022-03-15 Евгений Николаевич Мищенко Method of beam formation in aperture digital antenna array
RU2766536C9 (en) * 2021-03-29 2022-06-09 Евгений Николаевич Мищенко Method of beam formation in receving digital antenna array

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Найт У.С., Придэм Р.Г., Кей С.М., Цифровая обработка сигналов в гидролокационных системах, ТИИЭР, т.69, N 11, 1981, стр.84-154. 2. Старожицкий В.В., Съемка рельефа дна с высоким разрешением, Судостроение за рубежом, 1988, N 6, стр.58-60. *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495447C2 (en) * 2011-11-15 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Beam forming method
RU2567120C1 (en) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array
RU2610820C1 (en) * 2015-12-29 2017-02-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method of determining beam pattern of phased antenna array
RU2647518C2 (en) * 2016-03-23 2018-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Method of forming beam pattern of receiving linear antenna array
RU2644456C1 (en) * 2016-12-30 2018-02-12 Алексей Вадимович Литвинов Method of forming the expanded diagrams of the a phase antenna direction lattice
RU2650095C1 (en) * 2017-04-26 2018-04-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") Method for synthesis of a multi-beam self-focusing adaptive antenna arrays by using a parametric model of signals of radiation sources
RU2650096C1 (en) * 2017-04-26 2018-04-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") Method of the multi-beam adaptive antenna array beam pattern generating using the input signal spatial frequencies spectrum parametric model
RU2659613C1 (en) * 2017-09-11 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны" Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО" Минобороны России) Method of synthesizing of a multi-beam self-focusing adaptive antenna array using a parametric model of the spatial frequency spectrum of emission sources signals
RU2659608C1 (en) * 2017-09-26 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Войск воздушно-космической обороны Минобороны России (ФГБУ "ЦНИИ ВВКО Минобороны России") Method for synthesis of a multi-beam self-focusing adaptive antenna arrays by using a parametric correlation matrix model of a received signal
RU2742287C1 (en) * 2020-07-14 2021-02-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for generation of expanded beams of phased antenna array
RU2766536C1 (en) * 2021-03-29 2022-03-15 Евгений Николаевич Мищенко Method of beam formation in aperture digital antenna array
RU2766536C9 (en) * 2021-03-29 2022-06-09 Евгений Николаевич Мищенко Method of beam formation in receving digital antenna array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10054666B2 (en) Sparse space-time adaptive array architecture
Klemm Principles of space-time adaptive processing
US4117538A (en) Radar system with specialized weighting
US4207620A (en) Oceanographic mapping system
US4387373A (en) Synthetic monopulse radar
US9325403B2 (en) Digital retro-directive communication system and method thereof
US4403314A (en) Active detection system using simultaneous multiple transmissions
US5359329A (en) Jammer reference target measurement system
US4454597A (en) Conformal array compensating beamformer
RU2072525C1 (en) Directivity pattern shaping method
US7737892B2 (en) Time delay beamformer and method of time delay beamforming
US4180814A (en) Multiple beam receiving array signal processor
Peebles et al. Multiple-target monopulse radar processing techniques
GB1605208A (en) Radar synthetic array processor
US5610612A (en) Method for maximum likelihood estimations of bearings
US4870420A (en) Signal acquisition apparatus and method
US3787850A (en) Airborne analog moving target detector
EP0798806B1 (en) Method and apparatus for bias error reduction in an N-port modeformer of the butler matrix type
Schurwanz et al. Compressive sensing techniques applied to a semi-circular mmWave MIMO array
CN111505600B (en) STPC-based FDA-MIMO radar signal processing method, device and medium
Park et al. A deterministic, eigenvalue approach to space time adaptive processing
RU2399067C1 (en) Radar installation for detecting aerial targets
RU2652529C1 (en) Method and device for phasing and equal-signal differential automatic tracking of non-uniform digital antenna array for reception of wide-band signals
Xiong et al. Compressive sensing-based range and angle estimation for nested FDA radar
RU2201599C1 (en) Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization