RU2567120C1 - Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array - Google Patents

Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array Download PDF

Info

Publication number
RU2567120C1
RU2567120C1 RU2014129377/28A RU2014129377A RU2567120C1 RU 2567120 C1 RU2567120 C1 RU 2567120C1 RU 2014129377/28 A RU2014129377/28 A RU 2014129377/28A RU 2014129377 A RU2014129377 A RU 2014129377A RU 2567120 C1 RU2567120 C1 RU 2567120C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation pattern
antenna array
directional
compensation
level
Prior art date
Application number
RU2014129377/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Юрьевич Ларин
Алексей Вадимович Литвинов
Сергей Евгеньевич Мищенко
Андрей Сергеевич Помысов
Виталий Валентинович Шацкий
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2014129377/28A priority Critical patent/RU2567120C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2567120C1 publication Critical patent/RU2567120C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method includes receiving signals with antenna elements of a flat antenna array with electronic beam scanning and summation of said signals to form a highly directional scanning beam pattern of the flat antenna array using selected complex amplitudes of the antenna element, taking into account the required overshooting of the level of the compensation beam pattern of the level of sidelobes of the highly directional scanning beam pattern. A weakly directional beam pattern is formed by summing the signals of the antenna elements situated in central orthogonal lines of the flat antenna array with complex amplitudes corresponding to the complex amplitudes of the antenna elements of the flat antenna array in the direction of the source of the useful signal. The compensation beam pattern is formed by subtracting the signal corresponding to the highly directional scanning beam pattern from the signal corresponding to the weakly directional beam pattern, multiplied by a weighting coefficient which is equal to the ratio of the standard highly directional scanning and weakly directional beam patterns with beam orientation of the flat antenna array in the direction of the normal to the aperture plane.
EFFECT: providing the required overshooting of the level of the compensation beam pattern of the level of sidelobes of the highly directional scanning beam pattern of the flat antenna array in a wide sector of angles while maintaining sensitivity of the receiving system.
12 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах локации и связи при приеме электромагнитных волн плоской антенной решеткой с электронным управлением лучом в условиях воздействия помех, направления приема которых неизвестны.The invention relates to antenna technology and can be used in radio engineering systems for location and communication when receiving electromagnetic waves with a flat antenna array with electronic beam control under the influence of interference, the directions of reception of which are unknown.

Известны способы активной борьбы с помехами, в частности способ когерентной компенсации помех, описанный в [1 - Защита от радиопомех / М.В. Максимов, М.П. Бобнев, Б.Х. Кривицкий и др.; Под. ред. М.В. Максимова. - М.: Сов. радио. 1976. - С. 220, 234]. В соответствии со способом, производят прием сигнала помехи остронаправленной антенной основного канала и слабонаправленной антенной компенсационного канала, диаграмма направленности которой охватывает область боковых лепестков диаграммы направленности основного канала, при этом на выходах основного и компенсационного каналов путем регулировки уровня помехи и фазового сдвига в компенсационном канале создают одинаковые по интенсивности и противоположные по фазе сигналы помех, которые при суммировании взаимно компенсируются, а сигнал пеленгового направления проходит через сумматор с минимальными искажениями, поскольку для него соотношения амплитуд и фаз, требуемые для подавления, соблюдаться не будут. Способ реализован в классическом амплитудном компенсаторе помех, который представляет собой двухканальную систему, включающую в свой состав две антенны: направленную, в основном канале, и слабонаправленную - в компенсационном канале. Способ позволяет осуществить компенсацию помехи при условии, что диаграмма направленности антенны в компенсационном канале и диаграмма направленности антенны в основном канале в области боковых лепестков идентичны, а в направлении области главного лепестка антенны основного канала в диаграмме направленности антенны компенсационного канала сформирован нуль.Known methods of active control of interference, in particular the method of coherent interference compensation described in [1 - Protection against radio interference / M.V. Maximov, M.P. Bobnev, B.Kh. Krivitsky et al .; Under. ed. M.V. Maksimova. - M .: Owls. radio. 1976. - S. 220, 234]. In accordance with the method, an interference signal is received by a highly directional antenna of the main channel and a weakly directional antenna of the compensation channel, the radiation pattern of which covers the side lobe region of the radiation pattern of the main channel, while at the outputs of the main and compensation channels by adjusting the interference level and phase shift in the compensation channel interference signals that are identical in intensity and opposite in phase, which, when summed, mutually cancel out, and pelengovogo nal direction passes through the adder with a minimum of distortion, since it ratio of amplitudes and phases required for suppression would not be observed. The method is implemented in the classical amplitude noise compensator, which is a two-channel system that includes two antennas: a directional one in the main channel and a weakly directional one in the compensation channel. The method allows to compensate for interference provided that the antenna pattern in the compensation channel and the antenna pattern in the main channel in the side lobe region are identical, and zero is formed in the directional pattern of the main channel antenna of the main channel in the antenna pattern of the compensation channel.

Недостатком способа является то, что на практике нуль образуют только в направлении максимума главного лепестка антенны основного канала. При отклонении от этого максимума вследствие перекомпенсации появляется ослабление полезного сигнала, источник которого находится в области главного лепестка диаграммы направленности антенны основного канала.The disadvantage of this method is that in practice, zero is formed only in the direction of the maximum of the main lobe of the antenna of the main channel. If you deviate from this maximum due to overcompensation, a weakening of the useful signal appears, the source of which is located in the main lobe of the antenna pattern of the main channel.

Для подавления помех в широком секторе углов указанный способ реализуют в многоканальных компенсаторах помех, где каждая диаграмма направленности в конкретном компенсационном канале отвечает за свой сектор углов. В этом случае в каждом компенсационном канале в определенном секторе углов обеспечивают заданное превышение уровня диаграммы направленности антенны компенсационного канала над уровнем боковых лепестков диаграммы направленности антенны основного канала [2 - Адаптивная компенсация помех в каналах связи / Ю.И. Лосев, А.Г. Бердников, Э.Ш. Гойхман, Б.Д. Сизов; Под ред. Ю.И. Лосева. - М.: Радио и связь. 1988. С. 134-136].To suppress interference in a wide sector of angles, this method is implemented in multi-channel interference compensators, where each radiation pattern in a particular compensation channel is responsible for its sector of angles. In this case, in each compensation channel in a certain sector of angles, a specified excess of the antenna radiation pattern of the compensation channel is provided over the level of the side lobes of the antenna pattern of the main channel [2 - Adaptive interference compensation in communication channels / Yu.I. Losev, A.G. Berdnikov, E.Sh. Goikhman, B.D. Sizov; Ed. Yu.I. Loseva. - M .: Radio and communication. 1988. S. 134-136].

Недостатком многоканальных компенсаторов помех является их значительная сложность.The disadvantage of multi-channel interference cancellers is their significant complexity.

Известен ряд способов формирования диаграммы направленности фазированной антенной решетки с провалами в направлениях, соответствующих источникам помех.A number of methods are known for generating a radiation pattern of a phased antenna array with dips in the directions corresponding to interference sources.

Так, известен способ формирования диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки с провалами в направлениях, соответствующих источникам помех [3 - RU 2431222. Способ подавления боковых лепестков диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки / Гаврилова С.Е., Грибанов А.Н., Мосейчук Г.Ф., Чубанова О.А. Класс H01Q 3/26, опубликован 10.10.2011 г.], основанный на оценке уровня исходной диаграммы направленности фазированной антенной решетки, выделении в раскрыве двух M-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, и введении фазовых поправок со знаком минус для элементов одной подрешетки и со знаком плюс для элементов другой подрешетки, причем величины фазовых поправок для всех элементов подрешеток выбирают равными по абсолютному значению из условия заданной величины подавления и ширины углового сектора подавления боковых лепестков.So, there is a known method of forming a directivity pattern of a linear phased antenna array with dips in the directions corresponding to interference sources [3 - RU 2431222. A method of suppressing side lobes of a directivity pattern of a linear phased antenna array / Gavrilova S.E., Gribanov AN, Moseychuk G .F., Chubanova O.A. Class H01Q 3/26, published 10.10.2011], based on the assessment of the level of the initial radiation pattern of a phased array, the allocation of two M-element sublattices located at the edges of the source, and the introduction of phase corrections with a minus sign for elements of one sublattice and with a plus sign for elements of another sublattice, and the phase corrections for all elements of the sublattices are chosen equal in absolute value from the condition of a given suppression value and the width of the angular sector of suppression of the side lobes.

Аналогом вышеописанного способа является способ, описанный в [4 - RU 2123743. Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки. / Мануйлов Б.Д., Башлы П.Н. Класс H01Q 3/26, опубликован 20.12.1998 г.]An analogue of the above method is the method described in [4 - RU 2123743. The method of forming a zero radiation pattern of a phased antenna array. / Manuylov B.D., Bashly P.N. Class H01Q 3/26, published December 20, 1998]

Недостатком известных способов является то, что подавление бокового излучения гарантируется лишь в определенном угловом секторе.A disadvantage of the known methods is that the suppression of side radiation is guaranteed only in a certain angular sector.

Известен способ подавления помех в области боковых лепестков в антенных решетках со спадающим амплитудным распределением [5 - Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток). - 2-е изд., доп. и перераб. - М: Радио и связь. 1994. С. 36]. Чем выше скорость спадания амплитудного распределения к краям раскрыва, тем ниже уровень боковых лепестков антенны и больше ослабление помех.There is a method of suppressing interference in the region of side lobes in antenna arrays with a decreasing amplitude distribution [5 - Voskresensky DI Antennas and microwave devices (design of phased antenna arrays). - 2nd ed., Ext. and reslave. - M: Radio and communications. 1994. S. 36]. The higher the decay rate of the amplitude distribution to the edges of the aperture, the lower the level of the side lobes of the antenna and the greater the attenuation of interference.

Однако использование спадающего амплитудного распределения приводит к снижению энергетики антенны, что ограничивает возможности данного способа и является недостатком этого способа.However, the use of a decreasing amplitude distribution leads to a decrease in the antenna energy, which limits the possibilities of this method and is a disadvantage of this method.

Известен способ когерентной компенсации помех, предложенный в [1, с. 220]. Он состоит в том, что осуществляют прием сигналов и помех с помощью приемной антенны основного канала, ориентируя ее в направлении сигнала, производят прием помех, действующих по боковым лепесткам приемной антенны основного канала, теми или иными средствами на выходах усилителей высокой или промежуточной частоты формируют противоположные по фазе помеховые сигналы основного и компенсационного приемников, напряжения основного и компенсационного приемников с учетом весовых коэффициентов суммируют, при этом осуществляют когерентную компенсацию помех, действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности приемной антенны основного приемника. К недостаткам данного способа следует отнести следующее. Учитывая, что в качестве антенны компенсационного канала чаще всего используют ненаправленную антенну с фиксированным положением нуля диаграммы направленности, возможно ослабление полезного сигнала. При использовании направленной антенны в компенсационном канале, формирующей нуль в предполагаемом направлении прихода сигнала, не исключается возможность попадания составляющей полезного сигнала в компенсационный канал при приходе сигнала с другого направления. Кроме того, диаграмма направленности антенны компенсационного канала, как правило, отличается от диаграммы направленности антенны основного канала, что приводит к снижению эффективности когерентной компенсации помех при подавлении нескольких помех.A known method of coherent interference compensation, proposed in [1, p. 220]. It consists in the fact that they receive signals and interference using the receiving antenna of the main channel, orienting it in the direction of the signal, receive interference acting on the side lobes of the receiving antenna of the main channel, by one means or another form opposite at the outputs of the amplifiers of high or intermediate frequency in phase, the interference signals of the main and compensation receivers, the voltages of the main and compensation receivers, taking into account the weight coefficients, are summed up, while the coherent com the compensation of interference acting on the side lobes of the radiation pattern of the receiving antenna of the main receiver. The disadvantages of this method include the following. Considering that the omnidirectional antenna with a fixed zero position of the radiation pattern is most often used as the antenna of the compensation channel, weakening of the useful signal is possible. When using a directional antenna in the compensation channel, forming zero in the estimated direction of arrival of the signal, the possibility of the component of the useful signal entering the compensation channel when the signal arrives from another direction is not ruled out. In addition, the radiation pattern of the antenna of the compensation channel, as a rule, differs from the radiation pattern of the antenna of the main channel, which leads to a decrease in the efficiency of coherent interference compensation while suppressing several interference.

Более близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ формирования компенсационной диаграммы направленности [6 - патент 2395141 (RU). Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в антенной системе с электронным управлением лучом. / Алексеев О.С., Баринов Н.Н., Мосейчук Г.Ф., Синани А.И. Класс H01Q 3/00, опубликован 20.07.2010 г.], основанный на формировании остронаправленной сканирующей диаграммы направленности антенной системы основного канала и слабонаправленной несканирующей диаграммы направленности антенны компенсационного канала, перекрывающей по уровню боковое излучение остронаправленной диаграммы направленности, ответвлении части СВЧ-сигнала, принятого остронаправленной диаграммой направленности антенной системы основного канала, а также регулировании уровня и фазы СВЧ-сигнала таким образом, чтобы при последующем суммировании этого ответвленного СВЧ-сигнала с сигналом, принятым слабонаправленной диаграммой направленности, в результирующей диаграмме направленности слабонаправленной антенны образовался провал в направлении оси остронаправленной диаграммы направленности, причем при изменении углового положения луча сканирующей остронаправленной диаграммы направленности в секторе сканирования и/или рабочей частоты для образования провала в результирующей диаграмме направленности слабонаправленной антенны дополнительно изменяют амплитуду и фазу ответвленного СВЧ-сигнала.Closer in technical essence to the claimed method (prototype) is a method of forming a compensation radiation pattern [6 - patent 2395141 (RU). The method of forming a compensation radiation pattern in an antenna system with electronic beam control. / Alekseev O.S., Barinov N.N., Moseychuk G.F., Sinani A.I. Class H01Q 3/00, published July 20, 2010], based on the formation of a highly directional scanning radiation pattern of the antenna system of the main channel and a weakly directional non-scanning radiation pattern of the antenna of the compensation channel, which overlaps the lateral radiation of the directional radiation pattern, a part of the microwave signal received sharply directed radiation pattern of the antenna system of the main channel, as well as the regulation of the level and phase of the microwave signal so that in the subsequent m summing this branched microwave signal with a signal received by a weakly directional radiation pattern, a dip in the directional direction of the directional radiation pattern formed in the resulting radiation pattern of the weakly directional antenna, moreover, when the angular position of the beam of the scanning directional radiation pattern in the scanning sector and / or the operating frequency for formation the failure in the resulting radiation pattern of a weakly directed antenna further changes the amplitude dy and phase of the branched microwave signal.

К достоинствам способа следует отнести уменьшение в направлении на сигнал уровня компенсационной диаграммы направленности в антенной системе с электронным управлением лучом на любой частоте в рабочем диапазоне частот, а недостатком данного способа является проблематичность формирования слабонаправленной несканирующей диаграммы направленности, которая всюду перекрывает по уровню боковое излучение остронаправленной сканирующей диаграммы направленности, из чего следует, что данный способ может работать в ограниченной области углов. При наличии одного антенного элемента слабонаправленная диаграмма направленности будет почти изотропной, но уровень принимаемого сигнала будет наименьшим. При увеличении числа антенных элементов в несканирующей диаграмме направленности растет ее норма, однако при сужении луча ограничивается область компенсации помех. Поэтому для расширения луча надо повышать коэффициент передачи в компенсационном канале и снижать чувствительность приемной системы (при усилении сигнала в компенсационном канале одновременно происходит и усиление шумов).The advantages of the method include a decrease in the direction of the signal level of the compensation radiation pattern in an antenna system with electronic beam control at any frequency in the operating frequency range, and the disadvantage of this method is the difficulty of generating a weakly directed non-scanning radiation pattern, which everywhere overlaps the level radiation of the directional scanning radiation patterns, from which it follows that this method can work in a limited area of the angle . In the presence of one antenna element, a weakly directed radiation pattern will be almost isotropic, but the level of the received signal will be the smallest. With an increase in the number of antenna elements in a non-scanning radiation pattern, its norm increases, however, when the beam narrows, the area of interference compensation is limited. Therefore, to expand the beam, it is necessary to increase the transmission coefficient in the compensation channel and reduce the sensitivity of the receiving system (when amplifying the signal in the compensation channel, noise amplification also occurs).

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является обеспечение требуемого превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки в широком секторе углов.The problem to which the proposed method is aimed is to ensure the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern of a flat antenna array in a wide sector of angles.

Для решения указанной задачи предлагается способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом, основанный на формировании остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки и слабонаправленной диаграммы направленности, перекрывающей по уровню боковое излучение остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки.To solve this problem, a method for generating a compensating radiation pattern in a flat antenna array with electronic beam control is proposed, based on the formation of a highly directional scanning radiation pattern of a flat antenna array and a weakly directional radiation pattern that overlaps the lateral radiation level of a directional scanning radiation pattern of a flat antenna array.

Согласно изобретению, формирование остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки осуществляют с использованием выбранных комплексных амплитуд антенных элементов с учетом требуемого превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности, формирование слабонаправленной диаграммы направленности производят путем суммирования сигналов антенных элементов, расположенных в центральных ортогональных линейках плоской антенной решетки, с комплексными амплитудами, соответствующими комплексным амплитудам антенных элементов плоской антенной решетки в направлении на источник полезного сигнала, а компенсационную диаграмму направленности получают путем вычитания остронаправленной сканирующей диаграммы направленности из слабонаправленной диаграммы направленности, умноженной на весовой коэффициент, равный отношению норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности при ориентации луча плоской антенной решетки в направлении нормали к плоскости раскрыва.According to the invention, the formation of a directional scanning radiation pattern of a flat antenna array is carried out using the selected complex amplitudes of the antenna elements, taking into account the required excess of the level of the compensation radiation pattern above the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern, the formation of a weakly directional radiation pattern is performed by summing the signals of the antenna elements located in the central orthogonal rulers a flat antenna array, with complex amplitudes corresponding to the complex amplitudes of the antenna elements of a flat antenna array in the direction to the source of the useful signal, and the compensation radiation pattern is obtained by subtracting the directional scanning radiation pattern from the weakly directional radiation pattern multiplied by a weight coefficient equal to the ratio of the rates of the directional scanning and weakly directed radiation patterns with the orientation of the beam of a flat antenna array direction normal to the plane of the aperture.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что заявленный способ отличается тем, что изменена совокупность действий, а именно: режимы выполнения трех операций:A comparative analysis of the claimed method and prototype shows that the claimed method differs in that the set of actions is changed, namely: modes of performing three operations:

изменен режим выполнения действия, связанного с формированием остронаправленной сканирующей диаграммы направленности: остронаправленную сканирующую диаграмму направленности плоской антенной решетки формируют с использованием выбранных комплексных амплитуд антенных элементов с учетом требуемого превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности;the mode of execution of the action associated with the formation of a directional scanning radiation pattern has been changed: a directional scanning radiation pattern of a flat antenna array is formed using the selected complex amplitudes of the antenna elements, taking into account the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern;

изменен режим выполнения действия, связанного с формированием слабонаправленной диаграммы направленности: слабонаправленную диаграмму направленности формируют путем суммирования сигналов антенных элементов, расположенных в центральных ортогональных линейках плоской антенной решетки, с комплексными амплитудами, соответствующими комплексным амплитудам антенных элементов плоской антенной решетки в направлении на источник полезного сигнала;the mode of execution of the action associated with the formation of a weakly directed radiation pattern is changed: a weakly directed radiation pattern is formed by summing the signals of the antenna elements located in the central orthogonal lines of the flat antenna array with complex amplitudes corresponding to the complex amplitudes of the antenna elements of the flat antenna array in the direction of the source of the useful signal;

изменен режим выполнения действия, связанного с формированием компенсационной диаграммы направленности: компенсационную диаграмму направленности получают путем вычитания остронаправленной сканирующей диаграммы направленности из слабонаправленной диаграммы направленности, умноженной на весовой коэффициент, равный отношению норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности при ориентации луча плоской антенной решетки в направлении нормали к плоскости раскрыва.the mode of execution of the action associated with the formation of the compensation radiation pattern has been changed: the compensation radiation pattern is obtained by subtracting the highly directional scanning radiation pattern from a weakly directed radiation pattern multiplied by a weight coefficient equal to the ratio of the norms of the highly directional scanning and weakly directional radiation patterns when the beam of a flat antenna array is oriented in the normal direction to the aperture plane.

Техническим результатом предлагаемого способа является сохранение чувствительности приемной системы при сканировании в широком секторе углов, а также формирование нуля компенсационной диаграммы направленности при постоянном отношении норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности.The technical result of the proposed method is the preservation of the sensitivity of the receiving system when scanning in a wide sector of angles, as well as the formation of a zero compensation radiation pattern with a constant ratio of the norms of highly directional scanning and weakly directional radiation patterns.

Изменение режимов трех операций позволяет, по сравнению со способом-прототипом, обеспечить требуемое превышение уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки в широком секторе углов при сохранении чувствительности приемной системы при сканировании в широком секторе углов, а также формирование нуля компенсационной диаграммы направленности при постоянном отношении норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности.Changing the modes of the three operations allows, in comparison with the prototype method, to ensure the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern of a flat antenna array in a wide sector of angles while maintaining the sensitivity of the receiving system when scanning in a wide sector of angles, as well as the formation zero compensation radiation pattern with a constant ratio of sharply directed scanning and slightly directed th radiation patterns.

Предлагаемое изобретение не известно из уровня техники, а также не известны источники информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемого решения, поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, вытекает из них неочевидным образом и, следовательно, соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».The present invention is not known from the prior art, and information sources containing information about similar technical solutions having features similar to those distinguishing the claimed solution from the prototype, as well as properties that match the properties of the proposed solution, are therefore not known, therefore, we can assume that it has significant differences, follows from them in an unobvious way and, therefore, meets the criteria of “novelty” and “inventive step”.

На фигуре 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The figure 1 presents a functional diagram of a device that implements the proposed method.

На фигуре 2 показана прямоугольная сетка координат и плоская антенная решетка.The figure 2 shows a rectangular grid of coordinates and a flat antenna array.

На фигуре 3 приведена неотклоненная объемная диаграмма направленности плоской антенной решетки (остронаправленная сканирующая диаграмма направленности плоской антенной решетки основного канала).The figure 3 shows the non-deviated three-dimensional radiation pattern of a planar antenna array (highly directional scanning radiation pattern of a planar antenna array of the main channel).

На фигуре 4 представлена неотклоненная объемная слабонаправленная диаграмма направленности (слабонаправленная диаграмма направленности компенсационного канала).The figure 4 presents the non-deviated volume slightly directional radiation pattern (weak directional radiation pattern of the compensation channel).

На фигуре 5 изображена неотклоненная объемная компенсационная диаграмма направленности.The figure 5 shows the non-deviated volumetric compensation radiation pattern.

На фигуре 6 приведены главные сечения объемной остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки (пунктирная кривая), объемной слабонаправленной диаграммы направленности (штрихпунктирная кривая) и объемной компенсационной диаграммы направленности (сплошная кривая) при неотклоненном луче.Figure 6 shows the main sections of a three-dimensional sharply directed scanning radiation pattern of a flat antenna array (dashed curve), a three-dimensional weakly directed beam pattern (dash-dot curve) and a three-dimensional compensated radiation pattern (solid curve) with an unbent beam.

На фигуре 7 показана объемная остронаправленная сканирующая диаграмма направленности плоской антенной решетки (отклоненный луч θ0=40°, φ0=20°).The figure 7 shows a three-dimensional sharply directed scanning radiation pattern of a flat antenna array (deflected beam θ 0 = 40 °, φ 0 = 20 °).

На фигуре 8 представлена объемная компенсационная диаграмма направленности (отклоненный нуль θ0=40°, (φ0=20°).The figure 8 presents the volumetric compensation radiation pattern (deviated zero θ 0 = 40 °, (φ 0 = 20 °).

На фигурах 9-10 приведены главные сечения объемной диаграммы направленности плоской антенной решетки (пунктирная кривая), объемной слабонаправленной диаграммы направленности (штрихпунктирная кривая) и объемной компенсационной диаграммы направленности (сплошная кривая) при отклонении луча (θ0=40°, (φ0=20°).Figures 9-10 show the main sections of the volumetric radiation pattern of a flat antenna array (dashed curve), volumetric weakly directional radiation pattern (dash-dotted curve) and volumetric compensation radiation pattern (solid curve) when the beam is deflected (θ 0 = 40 °, (φ 0 = 20 °).

На фигурах 11-12 показаны области углов, в которых достигнуто требуемое превышение уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки (темные области).In figures 11-12 shows the area of the angles in which the required excess of the level of the compensation radiation pattern is achieved above the level of the side lobes of the highly directional scanning radiation pattern of a flat antenna array (dark areas).

При реализации способа формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом выполняется следующая последовательность операций:When implementing the method of forming a compensation radiation pattern in a flat antenna array with electronic beam control, the following sequence of operations is performed:

- осуществляют прием сигналов антенных элементов плоской антенной решетки с электронным сканированием лучом и суммируют их, формируя остронаправленную сканирующую диаграмму направленности плоской антенной решетки с использованием выбранных комплексных амплитуд антенных элементов с учетом требуемого превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности;- receive signals of the antenna elements of a flat antenna array with electron beam scanning and summarize them, forming a highly directional scanning radiation pattern of the flat antenna array using the selected complex amplitudes of the antenna elements, taking into account the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern;

- производят формирование слабонаправленной диаграммы направленности путем суммирования сигналов антенных элементов, расположенных в центральных ортогональных линейках плоской антенной решетки, с комплексными амплитудами, соответствующими комплексным амплитудам антенных элементов плоской антенной решетки в направлении на источник полезного сигнала;- produce a weakly directed radiation pattern by summing the signals of the antenna elements located in the central orthogonal lines of the flat antenna array with complex amplitudes corresponding to the complex amplitudes of the antenna elements of the flat antenna array in the direction to the source of the useful signal;

- получают компенсационную диаграмму направленности путем вычитания остронаправленной сканирующей диаграммы направленности из слабонаправленной диаграммы направленности, умноженной на весовой коэффициент, равный отношению норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности при ориентации луча плоской антенной решетки в направлении нормали к плоскости раскрыва.- receive a compensating radiation pattern by subtracting the directional scanning radiation pattern from the weakly directional radiation pattern multiplied by a weight coefficient equal to the ratio of the norms of the directional scanning and weakly directional radiation patterns when the beam of the flat antenna array is oriented normal to the aperture plane.

Использование в качестве плоской антенной решетки с электронным управлением лучом цифровой антенной решетки позволяет совместить антенны основного и компенсационного каналов в одном раскрыве [7 - Добычина Е.М., Шмачилин П.А. Построение цифровых антенных решеток для современных радиоэлектронных систем // Антенны. 2011. №3. С. 36-46].The use of a digital antenna array as a flat antenna array with electronic beam control allows combining the antennas of the main and compensation channels in one opening [7 - EM Dobychina, PA Shmachilin The construction of digital antenna arrays for modern electronic systems // Antennas. 2011. No3. S. 36-46].

Рассмотрим реализацию способа с помощью устройства, приведенного на фиг. 1.Consider the implementation of the method using the device shown in FIG. one.

В состав устройства входят: 1 - антенные элементы (АЭ) цифровой антенной решетки, 2 - многоканальный блок усиления и преобразования частоты (БУПЧ), 3 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 4 - блок суммирования (БС), на выходе которого формируется сигнал, соответствующий остронаправленной сканирующей диаграмме направленности плоской антенной решетки, 5 - блок суммирования (БС), обеспечивающий формирование сигнала, соответствующего слабонаправленной диаграмме направленности, 6 - блок формирования и хранения весового коэффициента (БВК), равного отношению норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности плоской антенной решетки при ориентации луча плоской антенной решетки в направлении нормали к плоскости раскрыва, 7 - блок умножения (БУ), 8 - блок вычитания (БВ), обеспечивающий формирование сигнала, соответствующего компенсационной диаграмме направленности.The device consists of: 1 - antenna elements (AE) of a digital antenna array, 2 - a multi-channel amplification and frequency conversion unit (BCH), 3 - a multi-channel analog-to-digital converter (ADC), 4 - a summing unit (BS), at the output of which a signal is generated that corresponds to an omnidirectional scanning radiation pattern of a flat antenna array, 5 is a summing unit (BS), which ensures the formation of a signal corresponding to a weakly directional radiation pattern, 6 is a weight generation and storage unit that (BVK), which is equal to the ratio of the norms of the directional scanning and weakly directed radiation patterns of a flat antenna array when the beam of a flat antenna array is oriented in the direction normal to the aperture plane, 7 is a multiplication unit (BU), 8 is a subtraction unit (BV) that provides signal generation, corresponding compensation radiation pattern.

Совокупность сигналов и помех, принятая АЭ 1 цифровой антенной решетки, после выполнения необходимых действий, связанных с усилением и преобразованием частоты в БУПЧ 2, оцифровывается в АЦП 3 и поступает в каждый момент времени t на вход специализированной ЭВМ в виде вектора отсчетов u ( t ) = ( u n ( t ) ) n = 1 N

Figure 00000001
, размерность которого N=Mx×My соответствует числу антенных элементов цифровой антенной решетки (Mx и My - число антенных элементов цифровой антенной решетки в центральных горизонтальной и вертикальной линейках соответственно). В БС 4 вектор отсчетов u(t) скалярно умножается на вектор комплексных весовых коэффициентов w o = ( w o n ) n = 1 N
Figure 00000002
, обеспечивающий установку луча в направлении источника сигнала (θ0, φ0), и производится формирование остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки заданной ширины луча и уровня боковых лепестков (фигура 3). Следовательно, вектор wo определяет форму остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки Fo(θ, φ). В БС 5 параллельно во времени принятый вектор отсчетов умножается скалярно на векторы комплексных весовых коэффициентов w к 1 = ( w к 1 n ) n = 1 N
Figure 00000003
и w к 2 = ( w к 2 n ) n = 1 N
Figure 00000004
. При этом Mx комплексных коэффициентов w к 1 m x
Figure 00000005
, соответствующих антенным элементам цифровой антенной решетки в центральной горизонтальной линейке, совпадают с коэффициентами w 0 m x
Figure 00000006
, а остальные коэффициенты равны нулю; My комплексных коэффициентов w к 2 m y
Figure 00000007
, соответствующих антенным элементам цифровой антенной решетки в центральной вертикальной линейке, совпадают с коэффициентами w 0 m y
Figure 00000008
, а остальные коэффициенты равны нулю. Выбор комплексных весовых коэффициентов обеспечивает независимое формирование двух диаграмм направленности F1(θ, φ) и F2(θ, φ), одномерно расширенных в ортогональных плоскостях (вдоль ортогональных линеек антенной решетки), с нормами /F10, φ0)/, /F20, φ0)/ и максимумами, ориентированными в направлении источника сигнала (θ0, φ0). При этом в одной из главных плоскостей каждая из диаграмм направленности F1(θ, φ) и F2(θ, φ) совпадает с диаграммой направленности плоской антенной решетки Fo(θ, φ), а в другой - приближается к диаграмме направленности одиночного антенного элемента плоской антенной решетки. На выходе БС 5 образуется сигнал, соответствующий слабонаправленной диаграмме направленности, F1(θ,φ)/|F100)|+F2(θ,φ)/|F200)| (фигура 4).The set of signals and interference received by AE 1 of a digital antenna array, after performing the necessary actions related to amplification and frequency conversion in BUPCH 2, is digitized in ADC 3 and arrives at the time of input t of a specialized computer in the form of a sample vector u ( t ) = ( u n ( t ) ) n = one N
Figure 00000001
whose dimension N = M x × M y corresponds to the number of antenna elements of the digital antenna array (M x and M y are the number of antenna elements of the digital antenna array in the central horizontal and vertical bars, respectively). In BS 4, the sample vector u (t) is scalarly multiplied by the vector of complex weighting factors w o = ( w o n ) n = one N
Figure 00000002
, providing the installation of the beam in the direction of the signal source (θ 0 , φ 0 ), and the formation of a sharply directed scanning radiation pattern of a flat antenna array of a given beam width and level of the side lobes (figure 3). Therefore, the vector w o determines the shape of the directional scanning radiation pattern of the planar antenna array F o (θ, φ). In BS 5, in parallel, the received sample vector is scalarly multiplied by the vectors of the complex weighting coefficients w to one = ( w to one n ) n = one N
Figure 00000003
and w to 2 = ( w to 2 n ) n = one N
Figure 00000004
. Moreover, M x complex coefficients w to one m x
Figure 00000005
corresponding to the antenna elements of the digital antenna array in the central horizontal ruler, coincide with the coefficients w 0 m x
Figure 00000006
, and the remaining coefficients are zero; M y complex coefficients w to 2 m y
Figure 00000007
corresponding to the antenna elements of the digital antenna array in the central vertical ruler, coincide with the coefficients w 0 m y
Figure 00000008
, and the remaining coefficients are zero. The choice of complex weighting coefficients ensures the independent formation of two radiation patterns F 1 (θ, φ) and F 2 (θ, φ), one-dimensionally expanded in orthogonal planes (along the orthogonal lines of the antenna array), with the norms / F 10 , φ 0 ) /, / F 20 , φ 0 ) / and the maxima oriented in the direction of the signal source (θ 0 , φ 0 ). Moreover, in one of the main planes, each of the radiation patterns F 1 (θ, φ) and F 2 (θ, φ) coincides with the radiation pattern of a flat antenna array F o (θ, φ), and in the other it approaches the radiation pattern of a single antenna element of a flat antenna array. At the output of BS 5, a signal is generated corresponding to a weakly directed radiation pattern, F 1 (θ, φ) / | F 10 , φ 0 ) | + F 2 (θ, φ) / | F 20 , φ 0 ) | (figure 4).

В БВК 6 на этапе настройки и отладки плоской антенной решетки в отсутствие помех формируется весовой коэффициент, соответствующий отношению норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности при ориентации луча плоской антенной решетки в направлении нормали к плоскости раскрыва. Этот весовой коэффициент остается постоянным в процессе функционирования и может быть изменен только при перенастройке плоской антенной решетки.In BVK 6, at the stage of tuning and debugging the flat antenna array in the absence of interference, a weight coefficient is formed that corresponds to the ratio of the norms of the highly directional scanning and weakly directed radiation patterns when the beam of the flat antenna array is oriented in the direction normal to the aperture plane. This weight coefficient remains constant during operation and can only be changed when reconfiguring a flat antenna array.

Сигнал с выхода БС 5 поступает на первый вход БУ 7, а на второй вход БУ 7 поступает сигнал с выхода БВК 6. На выходе БУ 7 образуется сигнал, уровень соответствует уровню слабонаправленной диаграммы направленности, умноженному на весовой коэффициент. Для формирования сигнала, соответствующего компенсационной диаграмме направленности, в БВ 8 в каждый момент времени производится вычитание сигнала с выхода БС 4 из сигнала с выхода БУ 7. В результате алгебраического суммирования формируется сигнал, соответствующий компенсационной диаграмме направленности (фигура 5), которая в области углов, соответствующих главному лучу остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки, имеет область «нулей». Главные сечения трех указанных диаграмм направленности приведены на фигуре 6.The signal from the output of BS 5 is supplied to the first input of the control unit 7, and the signal from the output of the control unit 6 is supplied to the second input of the control unit 7. At the output of the control unit 7, a signal is generated, the level corresponds to the level of a weakly directed radiation pattern times the weight coefficient. To generate a signal corresponding to the compensation radiation pattern, in BV 8 at each moment of time, the signal from the output of BS 4 is subtracted from the signal from the output of BU 7. As a result of algebraic summation, a signal is generated corresponding to the compensation radiation pattern (figure 5), which is in the angular region corresponding to the main beam of a sharply directed scanning radiation pattern of a planar antenna array has a region of “zeros”. The main sections of the three specified radiation patterns are shown in figure 6.

Оценим возможности формирования слабонаправленной диаграммы направленности антенны компенсационного канала с заданным превышением над остронаправленной сканирующей диаграммой направленности плоской антенной решетки основного канала в области боковых лепестков.Let us evaluate the possibility of forming a weakly directed antenna pattern of the compensation channel with a specified excess of the flat antenna array of the main channel in the region of the side lobes over the highly directional scanning radiation pattern.

Рассмотрим N=Mx×My - элементную плоскую цифровую антенную решетку с прямоугольной формой раскрыва. АЭ 1 размещены в узлах прямоугольной сетки с шагом dx и dy вдоль соответствующего координатного направления (фигура 2).Consider N = M x × M y - an elementary flat digital antenna array with a rectangular aperture shape. AE 1 are placed in nodes of a rectangular grid with a step of d x and d y along the corresponding coordinate direction (figure 2).

Пусть остронаправленная сканирующая диаграмма направленности плоской антенной решетки основного канала описывается выражением:Let a directional scanning radiation pattern of a planar antenna array of the main channel be described by the expression:

Figure 00000009
Figure 00000009

где f0(u, ν) - диаграмма направленности одиночного антенного элемента плоской антенной решетки;where f 0 (u, ν) is the radiation pattern of a single antenna element of a flat antenna array;

A m x

Figure 00000010
и B m y
Figure 00000011
- амплитуды антенных элементов в центральных ортогональных линейках плоской антенной решетки с координатами фазовых центров (xmx, 0) и (0, ymx) соответственно; A m x
Figure 00000010
and B m y
Figure 00000011
- the amplitudes of the antenna elements in the central orthogonal lines of the flat antenna array with the coordinates of the phase centers (x mx , 0) and (0, y mx ), respectively;

ψ m x

Figure 00000012
и γ m y
Figure 00000013
- фазы антенных элементов в центральных ортогональных линейках плоской антенной решетки. ψ m x
Figure 00000012
and γ m y
Figure 00000013
- phases of the antenna elements in the central orthogonal lines of the flat antenna array.

Тогда для описания слабонаправленной диаграммы направленности может быть использовано выражение:Then, to describe a weakly directed radiation pattern, the expression can be used:

Figure 00000014
Figure 00000014

Предположим, что Co - норма остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки основного канала. Тогда Cc - норма слабонаправленной диаграммы направленности. Очевидно, что для формируемых диаграмм направленности выполняется соотношение Cc<Co, что обусловлено различным числом антенных элементов в раскрыве. Однако в области боковых лепестков Ωбок остронаправленной сканирующей диаграммы направленности, как видно из приведенных формул, может выполняться соотношение, показывающее, что уровень ненормированной компенсационной диаграммы направленности превышает уровень ненормированной остронаправленной сканирующей диаграммы направленности в области боковых лепестков θ, φ∈Ωбок:Suppose that C o is the norm of a sharply directed scanning radiation pattern of a planar antenna array of the main channel. Then C c is the norm of a weakly directed radiation pattern. Obviously, for the generated radiation patterns, the relation C c <C o is fulfilled, which is due to the different number of antenna elements in the aperture. However, in the region of the side lobes Ω, the side of the directional scanning radiation pattern, as can be seen from the above formulas, a relation can be fulfilled showing that the level of the irregular compensated radiation pattern exceeds the level of the irregularized directional scanning radiation pattern in the region of the side lobes θ, φ∈Ω side :

Figure 00000015
Figure 00000015

Неравенство (3) выполняется в широком секторе углов при уменьшении нормы Co, т.е. в том случае, когда луч основного канала становится шире, а уровень боковых лепестков в ортогональных линейках ниже. В результате можно выбрать такое амплитудное распределение в раскрыве плоской антенной решетки, при котором требуемое превышение уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки основного канала будет достигаться во всей области наблюдения (исключая область главного луча). Следовательно, выполнение неравенства (3) может быть связано с коэффициентом направленного действия плоской антенной решетки основного канала.Inequality (3) is satisfied in a wide sector of angles with a decrease in the norm of C o , i.e. in the case when the beam of the main channel becomes wider, and the level of the side lobes in the orthogonal rulers is lower. As a result, one can choose such an amplitude distribution in the aperture of a planar antenna array in which the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the highly directional scanning radiation pattern of the planar antenna array of the main channel will be achieved in the entire observation area (excluding the main beam area). Therefore, the fulfillment of inequality (3) can be related to the directional coefficient of the planar antenna array of the main channel.

Компенсационная диаграмма направленности плоской антенной решетки формируется в виде разностиThe compensation radiation pattern of a flat antenna array is formed as a difference

Figure 00000016
Figure 00000016

Особенность формируемой компенсационной диаграммы направленности (фигуры 5, 6, 8-10) состоит в том, что диаграмма направленности Fк(θ, φ) имеет вид двух пересекающихся одномерно расширенных лучей с нулем в направлении источника сигнала Fк0, φ0)=0, то есть в области, занимаемой главным лепестком остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки основного канала F0(θ, φ), сформирован провал.The peculiarity of the generated compensation radiation pattern (figures 5, 6, 8-10) is that the radiation pattern F to (θ, φ) has the form of two intersecting one-dimensionally extended rays with zero in the direction of the signal source F to0 , φ 0 ) = 0, that is, in the region occupied by the main lobe of the directional scanning radiation pattern of the flat antenna array of the main channel F 0 (θ, φ), a failure is formed.

На выходах линейных трактов после суммирования сигналов от АЭ 1 в БС 4, 5 присутствуют соответственно составляющие сигнала, помехи и шумов, связанные со слабонаправленной и остронаправленной ДН соответственно.At the outputs of the linear paths after summing the signals from AE 1 in BS 4, 5, there are, respectively, signal components, noise and noise associated with weakly and strongly directional beams, respectively.

В БВК 6 хранится весовой коэффициент C, соответствующий отношению значений норм сигналов остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности плоской антенной решетки при ориентации луча плоской антенной решетки в направлении нормали к плоскости раскрыва, который описывается выражением вида:In BVK 6, the weight coefficient C is stored, which corresponds to the ratio of the signal values of the sharply directional scanning and weakly directional radiation patterns of a flat antenna array when the beam of a flat antenna array is oriented in the direction normal to the aperture plane, which is described by an expression of the form:

Figure 00000017
Figure 00000017

Как сказано выше, он определяется при отладке и настройке плоской антенной решетки и в процессе работы остается постоянным. Сигнал, соответствующий весовому коэффициенту C, поступает на вход БУ 7, в котором формируется сигнал, равный произведению Fc(θ, φ)·С0/Cc.As mentioned above, it is determined during debugging and tuning of a flat antenna array and remains constant during operation. The signal corresponding to the weight coefficient C is fed to the input of the control unit 7, in which a signal is formed equal to the product F c (θ, φ) · С 0 / C c .

В соответствии с выражением (4) на выходе БВ 8 формируется сигнал, соответствующий компенсационной диаграмме направленности, как разность сигналов: сигнала, соответствующего уровню слабонаправленной диаграммы направленности, умноженного на весовой коэффициент, и сигнала, соответствующего уровню остронаправленной сканирующей диаграммы направленности.In accordance with expression (4), a signal corresponding to the compensation radiation pattern is formed at the output of the BV 8 as the difference of the signals: a signal corresponding to the level of a weakly directional radiation pattern multiplied by a weight coefficient and a signal corresponding to the level of a sharply directed scanning radiation pattern.

Чувствительность приемной системы уменьшается тем сильнее, чем выше величина C. Действительно, при формировании компенсационной ДН множитель C влияет на амплитуду шумов в компенсационном канале. Поэтому при C>1 происходит рост уровня шумов и соответственно снижение чувствительности приемной системы с компенсатором помех.The sensitivity of the receiving system decreases the more, the higher the value of C. Indeed, when the compensation beam is formed, the factor C affects the amplitude of the noise in the compensation channel. Therefore, at C> 1 there is an increase in the noise level and, accordingly, a decrease in the sensitivity of the receiving system with an interference compensator.

Уменьшение коэффициента передачи C может быть достигнуто путем увеличения коэффициента направленного действия слабонаправленной антенны. Однако такой подход ограничивает применение приемной системы только той областью углов, в которую ориентирован луч слабонаправленной антенны. В итоге в теории и практике подобных систем сложилось противоречие между стремлением бороться с произвольно ориентированной помехой и сохранением чувствительности приемной системы. Следовательно, возникает задача ограничения коэффициента передачи C или формирования превышения слабонаправленной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности антенной решетки W:A reduction in transmission coefficient C can be achieved by increasing the directional coefficient of a weakly directed antenna. However, this approach limits the use of the receiving system only to that region of angles into which the beam of a weakly directed antenna is oriented. As a result, in the theory and practice of such systems there was a contradiction between the desire to deal with an arbitrarily oriented noise and maintaining the sensitivity of the receiving system. Therefore, the problem arises of limiting the transmission coefficient C or of forming an excess of a weakly directed radiation pattern over the level of the side lobes of a sharply directed scanning radiation pattern of the antenna array W:

Figure 00000018
Figure 00000018

Выбор амплитудного распределения для антенных элементов антенной решетки связан с величиной W. Чем больше величина W, тем ниже должен быть уровень боковых лепестков в остронаправленной сканирующей диаграмме направленности. Данное требование связано с величиной порога обнаруживаемого сигнала над уровнем помех при заданных вероятности правильного обнаружения и вероятности ложной тревоги.The choice of the amplitude distribution for the antenna elements of the antenna array is related to the value W. The larger the value of W, the lower should be the level of the side lobes in the directional scanning radiation pattern. This requirement is associated with the value of the threshold of the detected signal above the interference level for a given probability of correct detection and the probability of false alarm.

Возможность компенсации помех во всем секторе углов при требуемом превышении уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности проверялась на примере плоской антенной решетки. В качестве заданной величины W выбрано W=10 дБ.The ability to compensate for interference in the entire sector of the angles with the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern was tested on the example of a flat antenna array. As a given value of W, W = 10 dB was selected.

Были рассчитаны объемные диаграммы направленности для 32×32-элементной плоской антенной решетки с антенными элементами, размещенными в узлах прямоугольной сетки с шагом 0,5λ. Диаграммы направленности остронаправленной сканирующей и компенсационной диаграмм направленности плоской антенной решетки, полученные в результате численных исследований, приведены на фигурах 3-9.Volume radiation patterns were calculated for a 32 × 32-element flat antenna array with antenna elements placed in nodes of a rectangular grid with a step of 0.5λ. The radiation patterns of a sharply directed scanning and compensation radiation patterns of a flat antenna array, obtained as a result of numerical studies, are shown in figures 3-9.

Для неотклоненного луча на фигуре 3 приведена объемная остронаправленная сканирующая диаграмма направленности плоской антенной решетки с амплитудным распределением «косинус на пьедестале 0,1», на фигуре 4 - объемная слабонаправленная диаграмма направленности, на фигуре 5 - объемная компенсационная диаграмма направленности, а на фигуре 6 - главные сечения объемной остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки (пунктирная кривая), объемной слабонаправленной диаграммы направленности (штрихпунктирная кривая) и объемной компенсационной диаграммы направленности (сплошная кривая).For a non-deflected beam, figure 3 shows a three-dimensional sharply directional scanning radiation pattern of a flat antenna array with an amplitude distribution of "cosine on the pedestal 0.1", figure 4 shows a three-dimensional weakly directional radiation pattern, figure 5 shows a volume compensation radiation pattern, and figure 6 main sections of a three-dimensional sharply directed scanning radiation pattern of a flat antenna array (dashed curve), a three-dimensional weakly directional radiation pattern (dash-dot cr Wai) and the volume compensating directivity pattern (solid line).

Отклонению луча в направлении (θ0=40°, φ0=20°) соответствуют графики, приведенные на фигурах 7-9: на фигуре 7, 8 - объемные остронаправленная сканирующая и компенсационная диаграммы направленности плоской антенной решетки соответственно, на фигурах 9, 10 сечения в главных плоскостях объемной диаграммы направленности плоской антенной решетки (пунктирная кривая), объемной слабонаправленной диаграммы направленности (штрихпунктирная кривая) и объемной компенсационной диаграммы направленности (сплошная кривая).The deviation of the beam in the direction (θ 0 = 40 °, φ 0 = 20 °) corresponds to the graphs shown in figures 7-9: in figure 7, 8 - three-dimensional sharply directed scanning and compensation radiation patterns of a flat antenna array, respectively, in figures 9, 10 cross-sections in the main planes of the volumetric radiation pattern of a flat antenna array (dashed curve), volumetric weakly directed radiation pattern (dash-dotted curve) and volume compensation radiation pattern (solid curve).

На фигурах 11, 12 отмечены пространственные (темные) области, в которых наблюдается требуемое превышение 10 дБ уровня компенсационной диаграммы направленности антенны над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки.In figures 11, 12 marked spatial (dark) areas in which there is a required excess of 10 dB of the level of the compensation antenna radiation pattern over the level of the side lobes of a sharply directed scanning radiation pattern of a flat antenna array.

Из анализа приведенных на фигурах 11, 12 результатов следует, что требуемое превышение компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности обеспечивается во всем секторе сканирования.From the analysis of the results shown in figures 11, 12, it follows that the required excess of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern is provided throughout the scanning sector.

Рассмотрена реализация предложенного способа в радиолокационном комплексе обнаружения и сопровождения целей, где одним из условий получения заданных точностных характеристик системы являлось подавление помехового сигнала в приемном тракте на определенный (требуемый) техническим заданием уровень. Использование в качестве приемной антенны цифровой антенной решетки позволило реализовать остронаправленную сканирующую и слабонаправленную диаграммы направленности с помощью одного раскрыва, что привело к уменьшению массы и габаритных размеров антенной решетки и повысило оперативность работы комплекса. Применение многоканального модуля цифровой обработки сигнала, параллельно формирующего канал компенсатора помех и каналы обработки радиолокационной информации, позволило реализовать требуемый уровень превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки основного канала и обеспечить подавление пространственных помех в произвольном направлении. Сказанное подтверждается результатами натурного эксперимента с использованием фрагмента антенной решетки S-диапазона размером 24 на 8 антенных элементов.The implementation of the proposed method in the radar system for detecting and tracking targets, where one of the conditions for obtaining the specified accuracy characteristics of the system was the suppression of the interfering signal in the receiving path to a certain (required) technical task, is considered. The use of a digital antenna array as a receiving antenna made it possible to realize highly directional scanning and weakly directional radiation patterns using a single aperture, which led to a decrease in the mass and overall dimensions of the antenna array and increased the operational efficiency of the complex. The use of a multi-channel digital signal processing module, which simultaneously forms an interference canceller channel and radar information processing channels, made it possible to achieve the required level of exceeding the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the highly directional scanning radiation pattern of the flat antenna array of the main channel and to suppress spatial interference in an arbitrary direction. The aforesaid is confirmed by the results of a full-scale experiment using a fragment of an S-band antenna array with a size of 24 by 8 antenna elements.

Описанная выше возможность реализации данного способа на основе фрагмента антенной решетки радиолокационного комплекса обнаружения и сопровождения целей обеспечивает ему критерий «промышленная применимость».The above-described possibility of implementing this method based on a fragment of the antenna array of the radar system for detecting and tracking targets provides him with the criterion of "industrial applicability".

Анализ полученных результатов подтверждает правильность заложенных идей, то есть возможность реализации способа формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом, при котором обеспечивается требуемое превышение уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки, в широком секторе углов, а также формирование нуля компенсационной диаграммы направленности при постоянном отношении норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности.An analysis of the obtained results confirms the correctness of the ideas laid down, that is, the possibility of implementing a method of generating a compensation radiation pattern in a flat antenna array with electronic beam control, which ensures the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the directional scanning radiation pattern of a flat antenna array, in a wide sector angles, as well as the formation of a zero compensation radiation pattern at n a constant relation to the norms of sharply directed scanning and weakly directed radiation patterns.

Claims (1)

Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом, при котором формируют остронаправленную сканирующую диаграмму направленности плоской антенной решетки и слабонаправленную диаграмму направленности, перекрывающую по уровню боковое излучение остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки, отличающийся тем, что формирование остронаправленной сканирующей диаграммы направленности плоской антенной решетки осуществляют с использованием выбранных комплексных амплитуд антенных элементов с учетом требуемого превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности, формирование слабонаправленной диаграммы направленности производят путем суммирования сигналов антенных элементов, расположенных в центральных ортогональных линейках плоской антенной решетки, с комплексными амплитудами, соответствующими комплексным амплитудам антенных элементов плоской антенной решетки в направлении на источник полезного сигнала, а компенсационную диаграмму направленности получают путем вычитания остронаправленной сканирующей диаграммы направленности из слабонаправленной диаграммы направленности, умноженной на весовой коэффициент, равный отношению норм остронаправленной сканирующей и слабонаправленной диаграмм направленности при ориентации луча плоской антенной решетки в направлении нормали к плоскости раскрыва. A method of generating a compensation radiation pattern in a planar antenna array with electronic beam control, wherein a directional scanning radiation pattern of a planar antenna array and a weakly directional radiation pattern are formed that overlap the lateral radiation of a directional scanning radiation pattern of a planar antenna array, characterized in that the formation of a directional scanning pattern directivity of a flat antenna array is carried out using By calling the selected complex amplitudes of the antenna elements, taking into account the required excess of the level of the compensation radiation pattern over the level of the side lobes of the sharply directed scanning radiation pattern, the formation of a weakly directed radiation pattern is performed by summing the signals of the antenna elements located in the central orthogonal arrays of the flat antenna array with complex amplitudes corresponding to complex amplitudes antenna elements of a flat antenna array in the direction to the source of the useful signal, and the compensation radiation pattern is obtained by subtracting the highly directional scanning radiation pattern from the weakly directional radiation pattern multiplied by the weight coefficient equal to the ratio of the norms of the directional scanning and weakly directional radiation patterns when the beam of the flat antenna array is oriented normal to the aperture plane.
RU2014129377/28A 2014-07-16 2014-07-16 Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array RU2567120C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014129377/28A RU2567120C1 (en) 2014-07-16 2014-07-16 Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014129377/28A RU2567120C1 (en) 2014-07-16 2014-07-16 Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2567120C1 true RU2567120C1 (en) 2015-11-10

Family

ID=54536894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014129377/28A RU2567120C1 (en) 2014-07-16 2014-07-16 Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2567120C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700042C1 (en) * 2019-01-30 2019-09-12 Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАКС" Method for controlling the shape of the main lobe of the pattern function of the emitting parametric antenna and the device for realizing
US20210218444A1 (en) * 2020-01-14 2021-07-15 Src, Inc. Method for beamforming
RU2755642C1 (en) * 2020-08-18 2021-09-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации Method for forming highly directional scanning compensation directive patterns in flat phased antenna array with spatial excitation
RU2764000C1 (en) * 2021-04-01 2022-01-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for forming a directional diagram
RU2787346C1 (en) * 2022-04-25 2023-01-09 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации Method for forming antenna pattern for side lobe suppression channel in digital phased antenna array

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2072525C1 (en) * 1993-09-29 1997-01-27 Нижегородский государственный технический университет Directivity pattern shaping method
RU2237379C2 (en) * 2002-02-08 2004-09-27 Самсунг Электроникс Method and device for shaping directivity pattern of base-station adaptive antenna array
CN1599132A (en) * 2003-09-16 2005-03-23 电子科技大学 Directional diagram reconstructed microstrip antenna with ring-shaped groove of
RU2366044C1 (en) * 2008-06-16 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио" (ФГУП СОНИИР) Method of shaping adaptive antenna array directional pattern
RU2395141C1 (en) * 2009-06-02 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Formation method of directivity diagram in antenna system with electronic control of beam
CN103384835A (en) * 2012-12-31 2013-11-06 华为技术有限公司 Active antenna pattern testing system and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2072525C1 (en) * 1993-09-29 1997-01-27 Нижегородский государственный технический университет Directivity pattern shaping method
RU2237379C2 (en) * 2002-02-08 2004-09-27 Самсунг Электроникс Method and device for shaping directivity pattern of base-station adaptive antenna array
CN1599132A (en) * 2003-09-16 2005-03-23 电子科技大学 Directional diagram reconstructed microstrip antenna with ring-shaped groove of
RU2366044C1 (en) * 2008-06-16 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио" (ФГУП СОНИИР) Method of shaping adaptive antenna array directional pattern
RU2395141C1 (en) * 2009-06-02 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Formation method of directivity diagram in antenna system with electronic control of beam
CN103384835A (en) * 2012-12-31 2013-11-06 华为技术有限公司 Active antenna pattern testing system and method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700042C1 (en) * 2019-01-30 2019-09-12 Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАКС" Method for controlling the shape of the main lobe of the pattern function of the emitting parametric antenna and the device for realizing
US20210218444A1 (en) * 2020-01-14 2021-07-15 Src, Inc. Method for beamforming
RU2755642C1 (en) * 2020-08-18 2021-09-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации Method for forming highly directional scanning compensation directive patterns in flat phased antenna array with spatial excitation
RU2764000C1 (en) * 2021-04-01 2022-01-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for forming a directional diagram
RU2787346C1 (en) * 2022-04-25 2023-01-09 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации Method for forming antenna pattern for side lobe suppression channel in digital phased antenna array
RU2810696C1 (en) * 2023-06-29 2023-12-28 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Экспертно-аналитический центр" Method for forming compensational directive diagram in a flat antenna array with electronic beam control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107037396B (en) Angle of arrival estimation
EP2088449B1 (en) Side lobe suppression
CN108051782B (en) Large-scale phased array difference beam forming system based on subarray division
RU2567120C1 (en) Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array
US6867726B1 (en) Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing
Sayidmarie et al. Performance of a wide angle and wide band nulling method for phased arrays
Reza et al. Robust concentric circular antenna array with variable loading technique in the presence of look direction disparity
RU2615491C1 (en) Method for simultaneous measuring two angular objective coordinates in review amplitude monopulse radar system with antenna array and digital signal processing
RU2366047C1 (en) Adaptive antenna array
RU2810696C1 (en) Method for forming compensational directive diagram in a flat antenna array with electronic beam control
RU2577827C1 (en) Self-focusing multibeam antenna array
Shcherbyna et al. Prospect for using low-element adaptive antenna systems for radio monitoring stations
RU2395141C1 (en) Formation method of directivity diagram in antenna system with electronic control of beam
Gusev et al. A research of an adaptation algorithm convergence using spatial signal pre-processing
Hossain et al. Convolution constrained robust beamforming techniques for broadband microphone array
RU2349996C1 (en) Compensating noise suppression method in multichannel antenna system
RU2788820C1 (en) Method for spatial interference compensation using information about the direction to the signal source
Yu Mainlobe cancellation, orthogonal nulling and product patterns
Hossain et al. Efficient robust broadband beamforming using circular antenna arrays
Jose Simulation of an adaptive digital beamformer using MATLAB
Garg et al. Design of beam steered weighted array with sidelobe cancellation
Lazović et al. Comparative performance study of DOA algorithm applied on linear antenna array in smart antenna systems
Bhat et al. Analysis of side lobe cancellation algorithm for practical implementation
RU2521959C1 (en) Amplitude-based method for radio direction-finding and radio direction-finder for implementation thereof
KR101240415B1 (en) Method for processing sidelobe blanking in adaptive array radar