RU2117308C1

RU2117308C1 - Method for testing beam pattern of phased antenna array of radio direction finder

Info

Publication number: RU2117308C1
Application number: RU96109724A
Authority: RU
Inventors: Б.Д. Мануилов; В.В. Шацкий; Н.В. Шацкий
Original assignee: Ростовское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: antenna instruments. SUBSTANCE: method involves detection of phase distribution in phase antenna array channels in order to orient its beam pattern towards target, synchronous alternation of phase of transmitted signals by same level which is equal to sample of each phase shifter in gaps between cycles of target bearing, measuring signal power at output of phased antenna array, when power level corresponds to direction to target. Phased antenna array order is judged by comparison of measurements in different cycles. EFFECT: increased reliability of testing, increased precision of target bearing by averaging measurement results. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к фазированным антенным решеткам (ФАР) и может быть использовано для контроля ФАР в составе радиотехнической системы, измеряющей угловые координаты объектов. The invention relates to the field of antenna technology, in particular to phased antenna arrays (PAR) and can be used to control the PAR in a radio engineering system that measures the angular coordinates of objects.

Известен способ контроля радиолокационной станции совместно с антенной путем установки на различных азимутах приборов, которые переизлучают на них энергию зондирующего сигнала в сторону радиолокационной станции, измерения координат этих приборов, сравнения полученных значений координат отражателей с их известными значениями и выработкой признака "годен - не годен" [1]. Однако в случае использования ФАР при таком способе контроля достоверность получаемой информации будет низка при малом числе переотражателей. Это связано с тем, что при измерении пеленга известного объекта в отклонении луча на этот объект используется не весь набор фазовых сдвигов фазовращателей, а лишь относительно небольшая его часть. A known method of monitoring a radar station in conjunction with an antenna by installing instruments at different azimuths that re-emit the energy of the probe signal to them toward the radar station, measuring the coordinates of these instruments, comparing the obtained values of the coordinates of the reflectors with their known values and generating the sign “suitable - not good” [one]. However, in the case of using the PAR with this control method, the reliability of the information received will be low with a small number of rereflectors. This is due to the fact that when measuring the bearing of a known object in the beam deflection to this object, not the entire set of phase shifts of the phase shifters is used, but only a relatively small part of it.

Известен способ контроля диаграммных параметров антенны радиопеленга [2] , заключающийся в том, что излучают вспомогательной антенной сигнал, принимают его контролируемой антенной, измеряют мощность сигнала на выходе контролируемой антенны и сравнивают ее с заданным значением, вырабатывая признак "годен - не годен". Недостатком известного способа является низкая достоверность результата контроля при использовании ФАР. There is a method of monitoring the diagram parameters of a radio direction finding antenna [2], which consists in emitting an auxiliary antenna signal, receiving it with a controlled antenna, measuring the signal power at the output of the monitored antenna and comparing it with a predetermined value, producing a sign of “good or bad”. The disadvantage of this method is the low reliability of the control result when using PAR.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля диаграммных параметров антенны радиопеленгатора [3], основанный на излучении сигнала вспомогательной антенной, приеме его контролируемой антенной, измерении мощности сигнала на выходе контролируемой антенны и сравнении ее с заданным значением в зависимости от различных уровней сигнала, соответствующих различным углам прихода сигнала. Однако и этому способу, как и ранее описанному, присущ тот же недостаток: отсутствие достоверного результата контроля по измеренному пеленгу объекта с известными координатами при использовании в качестве антенны ФАР. The closest in technical essence is the method of monitoring the diagram parameters of the radio direction finder antenna [3], based on the radiation of the signal by an auxiliary antenna, receiving its controlled antenna, measuring the signal power at the output of the controlled antenna and comparing it with a given value depending on various signal levels corresponding to different angles of arrival of the signal. However, this method, as previously described, has the same drawback: the lack of a reliable control result for the measured bearing of an object with known coordinates when using a PAR headlamp.

Известен способ повышения точности реализации требуемого амплитудно-фазового распределения на раскрыве ФАР [4], в соответствии с которым фазовращатели устанавливают в дискретные состояния, определяемые заданным направлением излучения и начальной фазой тока возбуждения каждого излучателя, затем "все ФВ периодически переключаются в очередное дискретное состояние с таким расчетом, чтобы за время пребывания луча ФАР в соответствующем направлении каждый ФВ принял все свои состояния в течение одинаковых отрезков времени". Однако недостатком этого способа является обогащение спектра проходящих сигналов за счет периодического переключения фазовращателей в течение одинаковых отрезков времени. There is a method of increasing the accuracy of the implementation of the required amplitude-phase distribution in the aperture of the phased array [4], according to which the phase shifters are set to discrete states determined by the given direction of radiation and the initial phase of the excitation current of each emitter, then "all the PV periodically switch to the next discrete state with in such a way that during the stay of the PAR beam in the corresponding direction, each PV takes all its states within the same time intervals. " However, the disadvantage of this method is the enrichment of the spectrum of the transmitted signals due to the periodic switching of the phase shifters during the same time periods.

Предлагаемый способ направлен на решение задачи повышения достоверности контроля фазированной антенной решетки радиопеленгаторов. The proposed method is aimed at solving the problem of increasing the reliability of monitoring the phased antenna array of direction finders.

Сущность изобретения состоит в том, что, устанавливая в каналах ФАР фазовое распределение, обеспечивающее ориентацию ее диаграммы направленности в направлении пеленгуемой цели, синхронно изменяя фазу проходящих сигналов на одинаковую величину, равную дискрету каждого разряда фазовращателя, измеряя мощность сигнала на выходе контролируемой ФАР, уровень которой соответствует пеленгу цели, измерение мощности сигнала при пеленгации цели производят после каждого синхронного изменения фазы проходящих сигналов, причем признак исправности (или неисправности) ФАР вырабатывают на основе сравнения результатов измерений, полученных в различных циклах. The essence of the invention lies in the fact that by establishing a phase distribution in the PAR channels, providing the orientation of its radiation pattern in the direction of the direction-finding target, synchronously changing the phase of the transmitted signals by the same amount equal to the discrete of each discharge of the phase shifter, measuring the signal power at the output of the controlled PAR, the level of which corresponds to the bearing of the target, the measurement of the signal power during direction finding of the target is carried out after each synchronous change in the phase of the passing signals, and a sign of health (Or failures) produce a PAR based on a comparison of measurement results obtained in different cycles.

По сравнению со способом-прототипом изменена последовательность операций, так как измерение пеленга цели производят после каждого синхронного изменения фазы проходящих сигналов на величину очередного разряда фазовращателя, а определение исправности ФАР осуществляют на основе сопоставления результатов измерений, полученных в различных циклах. Кроме того, изменен режим операции синхронного изменения фазы проходящих сигналов, а именно: отсутствует периодическое переключение фазовращателей в течение одинаковых отрезков времени. Compared with the prototype method, the sequence of operations has been changed, since the measurement of the bearing of the target is carried out after each synchronous change in the phase of the transmitted signals by the value of the next phase shifter discharge, and the PAR check is performed based on a comparison of the measurement results obtained in different cycles. In addition, the operation mode of the synchronous phase change of the transmitted signals has been changed, namely: there is no periodic switching of the phase shifters for the same periods of time.

Реализация предложенного способа контроля ФАР радиопеленгатора возможна с помощью устройства, структурная электрическая схема которого показана на фиг. 1; на фиг. 2 приведена схема блока формирования сигнала для синхронного изменения фаз; на фиг. 3 - схема блока управления одним разрядом фазовращателя. Implementation of the proposed method for controlling the PAR of a radio direction finder is possible using a device whose structural electrical diagram is shown in FIG. one; in FIG. 2 shows a diagram of a signal conditioning unit for synchronously changing phases; in FIG. 3 is a diagram of a control unit for a single phase shifter.

В состав устройства (фиг. 1) входят последовательно включенные контролируемая ФАР, состоящая из излучателей 2, фазовращателей 3 с блоками управления 4 и высокочастотного суммарно-разностного блока 5, к входам которого подключены выходы фазовращателей, моноимпульсный приемник 6, измерительный блок 7, запоминающий блок 8 и блок анализа 9. Один из входов блока 4 соединен с выходами командного блока 10, вторые входы - с выходами блока 11 формирования сигнала для синхронного изменения фаз. Синхронизация работы блоков 9 - 11 в рабочем режиме производится непосредственно от управляющей ЭВМ (на фиг. 1 не показан), а блоков 7,8 - от блока 11 через дизъюнктор 12. Формирование контрольного сигнала и его излучение в сторону контролируемой ФАР производится с помощью последовательно включенных передатчика 13 и вспомогательной антенны 14. The structure of the device (Fig. 1) includes serially connected controlled headlamps, consisting of emitters 2, phase shifters 3 with control units 4 and a high-frequency sum-difference block 5, to the inputs of which the outputs of phase shifters, a monopulse receiver 6, a measuring unit 7, a storage unit are connected 8 and analysis unit 9. One of the inputs of unit 4 is connected to the outputs of the command unit 10, the second inputs are connected to the outputs of the signal generating unit 11 for synchronous phase change. The synchronization of the operation of blocks 9 - 11 in the operating mode is carried out directly from the host computer (not shown in Fig. 1), and blocks 7.8 - from block 11 through the disjunctor 12. The control signal is generated and emitted towards the controlled headlamp using sequentially the included transmitter 13 and the auxiliary antenna 14.

На фиг.1 не показаны цепи установки нуля блоков радиопеленгатора. Figure 1 does not show the zero-setting circuit of the direction finder blocks.

Блок 11 формирования сигнала для синхронного изменения фаз (фиг. 2) включает ряд последовательно соединенных элементов 15 задержки и дизъюнктора 16. Выход каждого элемента 15 соединен с одноименными входами блока 4 и подключен к соответствующему входу дизъюнктора 16, а выход дизъюнктора - к входам перефазировки блока 4 (вход ПФ

на фиг.3).Block 11 of the signal generation for synchronous phase changes (Fig. 2) includes a series of series-connected elements 15 of the delay and the disjunctor 16. The output of each element 15 is connected to the inputs of the same name of the block 4 and is connected to the corresponding input of the disjunctor 16, and the output of the disjunctor to the inputs of the rephasing unit 4 (PF input

figure 3).

Блок 4 управления ФВ (фиг. 3) включает регистр 17, преобразующий последовательный код φ_mn командного блока в параллельный код и обеспечивающий хранение этого кода, сумматор 18, осуществляющий сложение кодов регистра 17 и блока 11, элементы ИЛИ 19 и НЕ 20, а также логическая и управляющая схемы для каждого разряда фазовращателя (на фиг. 3 показаны элементы управления одним разрядом фазовращателя, содержащим 2 pin -диода 21 и 22 с ограничительными сопротивлениями 30, 31). В эти схемы входят элементы И-НЕ 23, ИЛИ-НЕ 24, ждущий мультивибратор 35, резисторы 26-29, транзистор 32, импульсные трансформаторы 33 и 34, также тиристоры 35 и 36. Входы элемента ИЛИ 19 соединены с выходом схемы ИЛИ (дизъюнктора 16 блока 11) и с управляющей ЭВМ (вход перефазировки устройства ПФ

).The PV control unit 4 (Fig. 3) includes a register 17 that converts the serial code φ _{mn of the} command block into a parallel code and provides storage of this code, an adder 18 that adds the codes of the register 17 and block 11, the elements OR 19 and NOT 20, and logical and control circuits for each phase shifter discharge (Fig. 3 shows the controls for one phase shifter discharge containing 2

pin diodes

21 and 22 with limiting resistances 30, 31). These circuits include AND-NOT 23, OR-NOT 24 elements, a waiting multivibrator 35, resistors 26-29, transistor 32, pulse transformers 33 and 34, also thyristors 35 and 36. The inputs of the OR 19 element are connected to the output of the OR circuit (disjunctor 16 block 11) and with a control computer (rephasing input of the PF device

)

Устройство функционирует следующим образом. The device operates as follows.

При переводе ФАР в режим контроля, совмещенный с рабочим режимом радиопеленгатора, от управляющей ЭВМ на командный блок 10 (фиг.1) поступают коды чисел, преобразуемые в двоичные коды фазы φ_mn (m - номер столбца, n - номер строки), которые записываются в регистры 17 и через сумматоры 18 при подаче импульса перефазировки поступают на входы А соответствующих разрядов. Итак, фазовращатели 3 перестраиваются, луч ФАР ориентируется в направлении вспомогательной антенны 14. Излученный передатчиком 13 посредством антенны 14 сигнал принимается излучателями 2 ФАР 1, обрабатывается в суммарно-разностном блоке 5 и поступает в моноимпульсный приемник 6, где вырабатываются сигналы рассогласования по углу, которым соответствует определенный уровень мощности. В измерительном блоке 7 производится формирование сигнала радиопеленгатора, т.е. измерение мощности сигнала, уровень которой однозначно соответствует пеленгу передатчика 13 со вспомогательной антенной 14. Указанный сигнал радиопеленгатора формируется путем суммирования кода рассогласования с кодом равносигнального направления, поступающего, как показано на фиг. 1, от ЭВМ. Затем эта информация, например в виде кода, поступает в запоминающий блок 8 и записывается в его память (в блок 8). По окончании описанных выше действий с помощью блока 11 формирования сигнала для синхронного изменения фаз производится синхронно во всех каналах излучателей изменение фазы проходящих сигналов на одинаковую величину, что достигается посылкой импульсов с выходов блока 11 ( с выходов элементов 15 задержки) на выходы сумматора 18. Ввод каждого импульса на соответствующий вход сумматора с одновременным вводом хранящегося в регистре кода позволяет изменять состояние каждого фазовращателя, начиная с младшей секции. Так, при поступлении первого импульса с выхода блока 11 все фазовращатели меняют свое состояние на дискрет младшей (например, 45-градусной) секции. После этого повторяются действия, описанные выше.When translating the HEADLIGHT into the control mode, combined with the operating mode of the direction finder, from the control computer to the command unit 10 (Fig. 1), codes of numbers are converted to binary phase codes φ _mn (m is the column number, n is the row number), which are written in the registers 17 and through the adders 18 when applying the pulse rephasing arrive at the inputs And the corresponding bits. So, the phase shifters 3 are tuned, the HEADLIGHT beam is oriented in the direction of the auxiliary antenna 14. The signal emitted by the transmitter 13 through the antenna 14 is received by the HEADLIGHTS 2, is processed in the sum-difference block 5, and arrives at the monopulse receiver 6, where angle mismatch signals are generated that corresponds to a certain power level. In the measuring unit 7, the signal of the direction finder is generated, i.e. measuring the signal power, the level of which unambiguously corresponds to the bearing of the transmitter 13 with the auxiliary antenna 14. The specified direction finder signal is generated by summing the mismatch code with the code of the equal signal direction arriving, as shown in FIG. 1, from the computer. Then this information, for example in the form of a code, enters the storage unit 8 and is recorded in its memory (in block 8). At the end of the above steps, using the signal generating unit 11 for synchronous phase change, the phase of the transmitted signals is synchronously changed in all channels of the emitters by the same amount, which is achieved by sending pulses from the outputs of block 11 (from the outputs of the delay elements 15) to the outputs of the adder 18. Input each pulse to the corresponding input of the adder with the simultaneous input of the code stored in the register allows you to change the state of each phase shifter, starting with the youngest section. So, when the first pulse arrives from the output of block 11, all phase shifters change their state to a discrete low (for example, 45-degree) section. After that, the steps described above are repeated.

При поступлении второго и т.д. импульсов с выхода блока 11 проводится одновременное переключение фазовращателей на величину дискрета средней и старшей секции соответственно, т.е. на 90 и 180^o с записью кодов измеренных пеленгов в запоминающий блок 8. Как видно, независимо от положения источника 13 со вспомогательной антенной 14, в процессе измерений переключаются все разряды фазовращателей в каналах ФАР.Upon receipt of the second, etc. pulses from the output of block 11, the phase shifters are simultaneously switched by the discrete value of the middle and senior sections, respectively, i.e. 90 and 180 ^o with the recording of the codes of the measured bearings in the storage unit 8. As you can see, regardless of the position of the source 13 with the auxiliary antenna 14, in the process of measurement, all bits of the phase shifters in the PAR channels are switched.

После цикла измерений производится сравнение записанных в блоке анализа 9 кодов, соответствующих пеленгу объекта 13 с антенной 14, и делается вывод об исправности ФАР. After the measurement cycle, a comparison is made of 9 codes recorded in the analysis unit corresponding to the bearing of object 13 with antenna 14, and a conclusion is made about the health of the headlamp.

Аналогично проводится контроль и при пеленге цели. Усреднение результатов измерений позволяет, как и в случае прототипа, повысить точность измерений цели при признании ФАР исправной. Similarly, control is also carried out with the bearing of the target. Averaging the measurement results allows, as in the case of the prototype, to increase the accuracy of the measurements of the target when the PAR is recognized as serviceable.

Таким образом, изменение последовательности операций, в результате чего измерение пеленга цели производят после каждого синхронного изменения фазы проходящих сигналов, а признак исправности ФАР вырабатывают на основе сравнения результатов измерений, полученных в различных циклах, а также изменение режима операции синхронного изменения фазы проходящих сигналов позволяет повысить достоверность контроля ФАР радиопеленгатора. Thus, a change in the sequence of operations, as a result of which the measurement of the bearing of the target is carried out after each synchronous change in the phase of the transmitted signals, and the health indicator of the PAR is generated by comparing the results of measurements obtained in different cycles, as well as a change in the operation mode of the synchronous change in the phase of the passing signals the reliability of the control of the PAR of the radio direction finder.

Источники информации
1. Eddy F. N. ,Dawson B.A.,Runhle J. The REDICAL: an on-line/real time monitoring system for radar. - Microwave J. 1984,27, N3, 93-94,96,98-101.Sources of information
1. Eddy FN, Dawson BA, Runhle J. The REDICAL: an on-line / real time monitoring system for radar. - Microwave J. 1984,27, N3, 93-94.96.98-101.

2. Авт.св. N 179800, Логачев Ю.И., Торгованов В.А. Способ измерения коэффициента усиления и диаграммы направленности антенн, 1966. 2. Auto N 179800, Logachev Yu.I., Torgovanov V.A. A method of measuring gain and radiation patterns of antennas, 1966.

3. Авт. св. N 1095108, Башкирцев С.А., Козлов В.Д., Кольцов А.В., Лосшутин А.П. и Чернявский Г.М. Способ контроля диаграммных параметров антенны радиопеленгатора, 1984. 3. Auth. St. N 1095108, Bashkirtsev S.A., Kozlov V.D., Koltsov A.V., Loshshutin A.P. and Chernyavsky G.M. A method for monitoring the diagram parameters of the radio direction finder antenna, 1984.

4. Клейменов Ю.А., Голик А.М. Повышение точности реализации требуемого амплитудно-фазового распределения на раскрыве ФАР/ Сб. Антенные измерения. Тез. докл. V Всесоюзн. конф. Метрологическое обеспечение антенных измерений, ВКАИ-5, Ереван, 1990. 4. Kleimenov Yu.A., Golik A.M. Improving the accuracy of the implementation of the required amplitude-phase distribution at the opening of the PAR / Sat. Antenna measurements. Thes. doc. V All-Union. conf. Metrological support of antenna measurements, VKAI-5, Yerevan, 1990.

Claims

A method of monitoring a phased array of a radio direction finder, based on installing a phase distribution in the channels of a phased array of antennas, providing an orientation of its radiation pattern in the direction of the direction-finding target, synchronously changing the phase of the transmitted signals by the same amount equal to the discrete of each discharge of the phase shifter, and measuring the signal power at the output of the controlled phased array antenna, the level of which corresponds to the bearing of the target, characterized in that the measurement of signal power during direction finding, the targets are produced after each synchronous change in the phase of the transmitted signals, and a sign of serviceability or malfunction of the phased array antenna is generated based on a comparison of the measurement results obtained in different cycles.