RU2717351C1 - Method for compensation of distortions of amplitude-phase distribution of field in an opening of an adaptive antenna array, caused by influence of climatic factors - Google Patents

Method for compensation of distortions of amplitude-phase distribution of field in an opening of an adaptive antenna array, caused by influence of climatic factors Download PDF

Info

Publication number
RU2717351C1
RU2717351C1 RU2019121128A RU2019121128A RU2717351C1 RU 2717351 C1 RU2717351 C1 RU 2717351C1 RU 2019121128 A RU2019121128 A RU 2019121128A RU 2019121128 A RU2019121128 A RU 2019121128A RU 2717351 C1 RU2717351 C1 RU 2717351C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aar
snow
field
amplitudes
aaa
Prior art date
Application number
RU2019121128A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Евгеньевич Шалдаев
Виталий Владимирович Подъячев
Юрий Аркадьевич Шишов
Дмитрий Викторович Сергеев
Михаил Григорьевич Вахлов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
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 бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2019121128A priority Critical patent/RU2717351C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717351C1 publication Critical patent/RU2717351C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H01Q3/2611—Means for null steering; Adaptive interference nulling
    • H01Q3/2629—Combination of a main antenna unit with an auxiliary antenna unit
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
    • H04B1/12—Neutralising, balancing, or compensation arrangements
    • H04B1/123—Neutralising, balancing, or compensation arrangements using adaptive balancing or compensation means

Abstract

FIELD: antenna equipment.
SUBSTANCE: invention relates to antenna engineering and is intended for generation of required amplitude-phase distribution (APD) of field in opening of adaptive antenna array (AAA), distortion of which is caused by influence of climatic factors in form of snow or ice coating on elements of its structure. Method of compensating distortions of an APD field in an AAA opening is based on using an auxiliary antenna located in an intermediate region relative to the AAA and emitting a control signal in the range of its operating frequencies. Recorded complex amplitudes of the received signals at the output of each receiving module in the absence of a snow and ice coating are taken as reference and recorded in a read-only memory (ROM). Based on comparison of complex signal amplitudes at inputs of receiving modules recorded in the presence of snow or ice coating on AAA structure elements, with corresponding reference values of complex amplitudes, digital correcting codes are generated to compensate for distortions of the APD field in the AAA opening caused by the effect of climatic factors.
EFFECT: technical result is simplification of technical implementation and improvement of accuracy of compensation of distortions of APD field in AAA opening, caused by influence of climatic factors in form of snow or ice coating on elements of its structure.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для формирования требуемого амплитудно-фазового распределения (АФР) поля в раскрыве адаптивной антенной решетки (ААР), искажения которого вызваны влиянием климатических факторов в виде снежного или ледяного покрытия на элементах ее конструкции.The invention relates to antenna technology and is intended to form the required amplitude-phase distribution (AFR) of the field in the aperture of the adaptive antenna array (AAR), the distortion of which is caused by the influence of climatic factors in the form of snow or ice cover on the elements of its design.

Известны способы компенсации искажений АФР поля в раскрыве антенны, вызванных влиянием климатических факторов в виде снега и льда на элементах ее конструкции. Среди них можно отметить [1-3].Known methods for compensating for distortion of the AFR field in the aperture of the antenna caused by the influence of climatic factors in the form of snow and ice on the elements of its structure. Among them, it can be noted [1-3].

Принцип работы способов [1, 2, 3] основан на использовании обдува нагретым воздухом элементов конструкций параболических антенн.The principle of operation of the methods [1, 2, 3] is based on the use of hot air blowing of structural elements of parabolic antennas.

Известен также способ, основанный на применении радиопрозрачного купола, оболочка которого состоит из двух слоев, между которыми циркулирует нагретый воздух [4].There is also known a method based on the use of a radiolucent dome, the shell of which consists of two layers between which heated air circulates [4].

Общим недостатком известных аналогов [1, 2, 3, 4] является то, что все они применимы только к антеннам зеркального типа, имеющим к тому же сравнительно небольшие линейные размеры конструкции. В настоящее время широко применяются радиолокационные станции (РЛС), предназначенные для обнаружения малоразмерных объектов (~10-15 см) на больших дальностях (более 3000 километров). Антенны таких РЛС представляют собой стационарные крупноапертурные сооружения, на элементах которых вследствие воздействия климатических факторов могут образовываться снежные и ледяные покрытия. Лед и снег в общем случае представляют собой неидеальные диэлектрики, комплексная диэлектрическая проницаемость которых содержит как действительную так и мнимую части.A common drawback of the known analogues [1, 2, 3, 4] is that all of them are applicable only to mirror-type antennas, which also have relatively small linear dimensions of the structure. Currently widely used radar stations (radar), designed to detect small objects (~ 10-15 cm) at long ranges (more than 3,000 kilometers). The antennas of such radars are stationary large-aperture structures, on the elements of which snow and ice coatings can form due to the influence of climatic factors. Ice and snow in the general case are non-ideal dielectrics, the complex permittivity of which contains both real and imaginary parts.

Как показывает анализ справочных материалов, действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости снега и льда ε'=2…3, что приводит к изменению длины волны, распространяющейся в такой среде в

Figure 00000001
раз, то есть приблизительно в 1,5 раза, а это приводит к нарушению фазовых соотношений между электромагнитными волнами, излучаемыми различными элементами антенной решетки, следовательно, к искажению главного лепестка диаграммы направленности, снижению коэффициента усиления антенны, росту боковых лепестков диаграммы направленности. Наличие мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемости снега и льда характеризует тепловые потери в этих средах, а следовательно, ведет к снижению коэффициента полезного действия антенны. Механическое или тепловое удаление снега и льда с элементов конструкций ААР является сложным и длительным технологическим процессом. Размещение таких антенн внутри защитного радиопрозрачного купола невозможно из-за их больших размеров (десятки-сотни метров). Поэтому наиболее приемлемым методом борьбы с влиянием снежного и ледяного покрытия на характеристики направленности ААР является электронная компенсация искажений диаграммы направленности. Именно такой способ компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР, обусловленных влиянием климатических факторов, предложен в способе [5]. Данный способ, который выбран в качестве прототипа, характеризуется выполнением следующих действий:As the analysis of reference materials shows, the real part of the complex permittivity of snow and ice is ε '= 2 ... 3, which leads to a change in the wavelength propagating in such an environment in
Figure 00000001
times, that is, approximately 1.5 times, and this leads to a violation of the phase relations between the electromagnetic waves emitted by various elements of the antenna array, therefore, to a distortion of the main lobe of the radiation pattern, a decrease in the antenna gain, an increase in the side lobes of the radiation pattern. The presence of the imaginary component of the complex dielectric constant of snow and ice characterizes the heat loss in these environments, and therefore leads to a decrease in the antenna efficiency. Mechanical or thermal removal of snow and ice from structural elements of AAP is a complex and lengthy process. The placement of such antennas inside a protective translucent dome is impossible because of their large size (tens to hundreds of meters). Therefore, the most acceptable method of dealing with the influence of snow and ice cover on the directivity characteristics of AAR is electronic compensation of distortions of the directivity pattern. It is this method of compensating for distortions of the AFR field in the AAR opening due to the influence of climatic factors that was proposed in the method [5]. This method, which is selected as a prototype, is characterized by the following actions:

- использованием вспомогательной антенной системы в виде отдельного излучателя, расположенного в дальней зоне от ААР и излучающего контрольный сигнал в рабочем диапазоне частот ААР;- using an auxiliary antenna system in the form of a separate emitter located in the far zone from the AAR and emitting a control signal in the operating frequency range of the AAR;

- измерением амплитуд принятого контрольного сигнала, а также фазовых сдвигов в сигналах для каждого отдельного излучателя ААР, обусловленных наличием снежного или ледяного покрытия на элементах ее конструкции;- measuring the amplitudes of the received control signal, as well as phase shifts in the signals for each individual AAR emitter, due to the presence of snow or ice cover on the elements of its design;

- сравнением амплитуд и фаз принятых сигналов для каждого из излучателей ААР с расчетными значениями;- comparing the amplitudes and phases of the received signals for each of the AAR emitters with the calculated values;

- выработкой управляющих воздействий для компенсации искажений диаграммы направленности ААР, обусловленных воздействием климатических факторов, по результатам измерений амплитуд и фазовых сдвигов принятых контрольных сигналов каждого из излучателей и сравнения их с расчетными значениями.- the development of control actions to compensate for distortions of the radiation pattern of the AAR due to the influence of climatic factors, according to the results of measurements of the amplitudes and phase shifts of the received control signals of each emitter and comparing them with the calculated values.

Выбранный в качестве прототипа способ компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР имеет следующие недостатки:Selected as a prototype method of compensating for distortion of the AFR field in the aperture of the AAR has the following disadvantages:

- сложность технической реализации при компенсации искажений АФР в раскрыве ААР, вызванная тем, что вспомогательную антенну располагают в дальней зоне от антенной решетки.- the complexity of the technical implementation when compensating for distortion of AFR in the aperture of the AAR, due to the fact that the auxiliary antenna is located in the far zone from the antenna array.

Как известно, граница дальней зоны определяется соотношениемAs you know, the border of the far zone is determined by the relation

Figure 00000002
Figure 00000002

где L - максимальный размер раскрыва антенной решетки; λ - длина волны.where L is the maximum aperture size of the antenna array; λ is the wavelength.

Например, в дециметровом диапазоне (λ=0,5 м) при L=100 м получаем Rд.з.≥4⋅104 м, то есть не менее 40 км. Естественно, выполнение условия (1) связано со значительными техническими и организационными проблемами;For example, in the decimeter range (λ = 0.5 m) at L = 100 m we get R d.z. ≥4⋅10 4 m, i.e. at least 40 km. Naturally, the fulfillment of condition (1) is associated with significant technical and organizational problems;

- низкая точность компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР, обусловленных влиянием климатических факторов, вызванная тем, что управляющие воздействия для изменения амплитуд и фаз сигналов, принятых каждым излучателем антенной решетки, формируют на основе сравнения амплитуд и фаз сигналов, принятых каждым отдельным излучателем антенной решетки, с расчетными значениями. В то же время сами расчетные значения никогда не могут быть точными, так как невозможно точно учесть истинные значения диаграммы направленности вспомогательной антенны в направлении на каждый отдельный излучатель антенной решетки, а также истинные значения диаграммы направленности каждого отдельного излучателя антенной решетки в направлении на вспомогательную антенну, а также точные расстояния между вспомогательной антенной и каждым излучателем антенной решетки. Кроме того, невозможно учесть влияние переотражений от подстилающей поверхности и различных предметов.- low accuracy of compensating for distortion of the AFR field in the AAR aperture due to the influence of climatic factors, caused by the fact that control actions for changing the amplitudes and phases of the signals received by each radiator of the antenna array are formed by comparing the amplitudes and phases of the signals received by each individual radiator of the antenna array , with calculated values. At the same time, the calculated values themselves can never be accurate, since it is impossible to accurately take into account the true values of the radiation pattern of the auxiliary antenna in the direction to each individual radiator of the antenna array, as well as the true values of the radiation pattern of each individual radiator of the antenna array in the direction of the auxiliary antenna, as well as the exact distances between the auxiliary antenna and each emitter of the antenna array. In addition, it is impossible to take into account the effect of reflections from the underlying surface and various objects.

Задачей заявленного изобретения является упрощение технической реализации и повышение точности компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР, обусловленных влиянием климатических факторов.The objective of the claimed invention is to simplify the technical implementation and increase the accuracy of compensation for distortion of the AFR field in the aperture of the AAR, due to the influence of climatic factors.

Указанный технический результат достигается тем, что:The specified technical result is achieved by the fact that:

- во-первых, вспомогательную антенну устанавливают не в дальней зоне по отношению к антенной решетке, а в промежуточной;- firstly, the auxiliary antenna is installed not in the far zone with respect to the antenna array, but in the intermediate;

- во-вторых, результаты измерений амплитуд и фаз сигналов, принятых каждым отдельным излучателем, сравнивают не с расчетными значениями, а с результатами соответствующих измерений амплитуд и фаз в отсутствие снежных и ледяных покрытий на элементах антенной решетки, которые принимают в качестве эталонных значений и записывают в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) программируемого микроконтроллера.- secondly, the results of measurements of the amplitudes and phases of the signals received by each individual emitter are not compared with the calculated values, but with the results of the corresponding measurements of the amplitudes and phases in the absence of snow and ice coatings on the elements of the antenna array, which are taken as reference values and recorded read-only memory (ROM) of the programmable microcontroller.

Удаление вспомогательной антенны от антенной решетки принимают таким образом, чтобы апертура антенной решетки была полностью в пределах главного лепестка диаграммы направленности вспомогательной антенны. Например, при максимальном линейном размере апертуры антенной решетки L=100 м и ширине главного лепестка диаграммы направленности вспомогательной антенны Δθ0,5=20° это расстояние составитThe removal of the auxiliary antenna from the antenna array is taken so that the aperture of the antenna array is completely within the main lobe of the antenna pattern. For example, with the maximum linear size of the aperture of the antenna array L = 100 m and the width of the main lobe of the radiation pattern of the auxiliary antenna Δθ 0.5 = 20 °, this distance will be

Figure 00000003
Figure 00000003

Границы промежуточной зоны Rп.з. (зоны Френеля) определяют в соответствии с соотношениемThe boundaries of the intermediate zone R n . (Fresnel zone) is determined in accordance with the ratio

Figure 00000004
Figure 00000004

Сопоставление результатов вычислений по (2) и (3) показывает, что удаление вспомогательной антенны от антенной решетки Rп.з.≈320 м соответствует критерию промежуточной зоны (зоны Френеля) и в то же время апертура антенной решетки L=100 м находится полностью в пределах ширины главного лепестка диаграммы направленности вспомогательной антенны (Δθ0,5=20°). При таком удалении обеспечивается выполнение поставленной в заявленном изобретении задачи - упрощение технической реализации способа компенсации искажений АФР в раскрыве ААР.A comparison of the results of calculations according to (2) and (3) shows that the removal of the auxiliary antenna from the antenna array R c. ≈320 m meets the criterion of the intermediate zone (Fresnel zone) and at the same time, the aperture of the antenna array L = 100 m is completely within the width of the main lobe of the radiation pattern of the auxiliary antenna (Δθ 0.5 = 20 °). With this removal, the task set in the claimed invention is ensured — the simplification of the technical implementation of the method for compensating for distortion of AFR in the opening of the AAR.

Выполнение второй поставленной задачи заявленного способа - повышения точности компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР достигается тем, что сравнение амплитуд и фаз сигналов, принятых каждым приемным каналом, производят не с расчетным значением, амплитуд и фаз сигналов, а с эталонными значениями амплитуд и фаз сигнала, полученных при их измерениях в отсутствие снежного и ледяного покрытия на элементах антенной решетки. При этом не требуется точного знания формы диаграммы направленности вспомогательной антенны и каждого излучателя антенной решетки, а также точных значений расстояний от вспомогательной антенны до каждого излучателя антенной решетки. Поскольку значения диаграмм направленности и расстояний одни и те же как при измерении эталонных значений амплитуд и фаз, принятых каждым каналом сигналов, то есть в отсутствие снежного и ледяного покрытий на элементах антенной решетки, так и при измерениях амплитуд и фаз принятых сигналов при наличии ледяного и (или) снежного покрытий на ее элементах, отличия между измеренными и эталонными значениями амплитуд и фаз принятых сигналов каждым приемным каналом обусловлены только влиянием климатических факторов. Так как именно на основе этих отличий формируются управляющие воздействия для изменения амплитуд и фаз сигналов, снимаемых с выходов отдельных каналов антенной решетки, достигается второй технический результат заявленного способа - повышение точности компенсации искажений АФР в раскрыве ААР.The second task of the claimed method — improving the accuracy of compensating for distortion of the AFR field in the AAR aperture — is achieved by comparing the amplitudes and phases of the signals received by each receiving channel not with the calculated value of the amplitudes and phases of the signals, but with the reference values of the amplitudes and phases of the signal obtained during their measurements in the absence of snow and ice cover on the elements of the antenna array. It does not require accurate knowledge of the shape of the radiation pattern of the auxiliary antenna and each radiator of the antenna array, as well as the exact values of the distances from the auxiliary antenna to each radiator of the antenna array. Since the values of the radiation patterns and distances are the same as when measuring the reference values of the amplitudes and phases received by each signal channel, that is, in the absence of snow and ice coatings on the elements of the antenna array, and when measuring the amplitudes and phases of the received signals in the presence of ice and (or) snow cover on its elements, the differences between the measured and reference values of the amplitudes and phases of the received signals by each receiving channel are due only to the influence of climatic factors. Since it is precisely on the basis of these differences that control actions are formed to change the amplitudes and phases of the signals taken from the outputs of individual channels of the antenna array, the second technical result of the claimed method is achieved — improving the accuracy of compensation for distortion of AFR in the AAR opening.

Таким образом, достигается заявленный технический результат - упрощение технической реализации и повышение точности компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР.Thus, the claimed technical result is achieved — the simplification of the technical implementation and the increase in the accuracy of compensation for distortion of the AFR field in the AAR opening.

Работа устройства, реализующего предлагаемый способ компенсаций искажений АФР поля в раскрыве ААР иллюстрируется чертежами на фиг. 1 и фиг. 2.The operation of the device that implements the proposed method for compensating for distortion of the AFR field in the AAP opening is illustrated by the drawings in FIG. 1 and FIG. 2.

На фиг. 1 приведена структурная схема приемного модуля ААР (где 1 - излучатель приемного модуля; 2 - малошумящий усилитель (МШУ); 3 - смеситель (СМ); 4 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ); 5 - квадратурный аналого-цифровой преобразователь (КАЦП)).In FIG. 1 is a structural diagram of the AAR receiving module (where 1 is the emitter of the receiving module; 2 is a low-noise amplifier (LNA); 3 is a mixer (SM); 4 is an intermediate-frequency amplifier (UPCH); 5 is a quadrature analog-to-digital converter (KACP)) .

На фиг. 2 приведена структурная схема устройства компенсации АФР в раскрыве ААР (где 1 - излучатели приемных модулей ААР; 6 - приемные модули (ПМ) ААР; 7 - блок коммутации (БК); 8 - блок коррекции (БК); 9 - система цифрового формирования диаграммы направленности (СЦФДН); 10 - высокостабильный задающий генератор (ЗГ); 11 - генератор контрольного сигнала (ГКС); 12 - усилитель мощности (УМ); 13 - вспомогательная антенна (А); 14 - блок управления (БУ); 15 - блок формирования корректирующих кодов (БФКК); 16 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)).In FIG. Figure 2 shows a block diagram of an AFR compensation device in the AAR opening (where 1 is the radiator of the AAR receiving modules; 6 is the receiving module (PM) of the AAR; 7 is the switching unit (BC); 8 is the correction block (BC); 9 is the digital charting system directionality (SCFDN); 10 - highly stable master oscillator (ZG); 11 - control signal generator (GCS); 12 - power amplifier (PA); 13 - auxiliary antenna (A); 14 - control unit (BU); 15 - block the formation of corrective codes (BFCC); 16 - read-only memory (ROM)).

Устройство, реализующее заявленный способ компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР работает следующим образом.A device that implements the claimed method of compensating for distortion of the AFR field in the aperture of the AAR works as follows.

По командам БУ включается ЗГ, ГКС и УМ. Блок коммутации поочередно в определенной последовательности подключает выходы приемных модулей ПМ-1 … ПМ-N к БФКК, выходы которого в той же последовательности подключаются к первым входам соответствующих каналов БК. Каждый канал БК представляет собой комплексный перемножитель, на вторые входы которых с выходов ПЗУ поступают корректирующие коды.According to the commands of the control unit, ZG, GKS and UM are switched on. The switching unit alternately in a certain sequence connects the outputs of the receiving modules PM-1 ... PM-N to the BFKK, the outputs of which in the same sequence are connected to the first inputs of the corresponding channels of the BC. Each channel of the BC is a complex multiplier, the second inputs of which from the outputs of the ROM receive correction codes.

С поступлением соответствующей команды от БУ высокостабильный ЗГ вырабатывает колебания с частотой f3r, которые поступают на вход ГКС, который путем соответствующих частотных преобразований из колебаний с частотой fзг формирует контрольный сигнал с частотой f0, являющиеся рабочей частотой ААР, который после усиления УМ поступает на вход вспомогательной антенны А и излучается в направлении ААР.With the receipt of the appropriate command from the control unit, the highly stable MF generates oscillations with a frequency f 3r , which are fed to the GCS input, which, by means of appropriate frequency transformations, generates a control signal with a frequency f sr with a frequency f 0 , which is the operating frequency of the AAR, which, after amplification of the AM to the input of the auxiliary antenna A and is radiated in the direction of the AAP.

Одновременно колебания ГКС поступают на блок первого БГ-1 и второго БГ-2. Блок БГ-1 формирует колебания с частотой fг1=f0±fпр (где fпр - промежуточная частота приемного модуля, которая поступает на смеситель приемного модуля) как показано на фиг. 1. Блок БГ-2 по своему построению является смесителем, на второй вход которого поступают колебания с выхода блока БГ-1 с частотой fг1. В результате их суммирования, нелинейного преобразования и частотной фильтрации формируются колебания с частотой fг1-f0=fпр, которые используются в качестве опорного напряжения КАЦП приемного модуля (фиг. 1),At the same time, the oscillations of the GCS enter the block of the first BG-1 and the second BG-2. The BG-1 unit generates oscillations with a frequency f g1 = f 0 ± f pr (where f pr is the intermediate frequency of the receiving module, which enters the mixer of the receiving module) as shown in FIG. 1. The BG-2 block, by its construction, is a mixer, the second input of which receives vibrations from the output of the BG-1 block with a frequency f g1 . As a result of summing of nonlinear transformation and frequency filtering vibrations are generated with a frequency f r1 = f 0 -f, etc., which are used as reference voltage KATSP receiving unit (FIG. 1),

Принятые излучателями И1 … HN приемных модулей контрольные сигналы усиливаются МШУ преобразуются смесителем СМ на промежуточную частоту fпр и усиливаются усилителем промежуточной частоты УПЧ, комплексную огибающую напряжения на выходе которого можно представить в видеThe control signals received by the emitters I1 ... HN of the receiving modules are amplified by the LNA and converted by the SM mixer to the intermediate frequency f pr and amplified by the intermediate frequency amplifier amplifier, the complex voltage envelope at the output of which can be represented as

Figure 00000005
Figure 00000005

где Ui - модуль комплексной амплитуды; ϕi - фаза напряжения на выходе УПЧ i-го приемного модуля (i∈1…N).where U i is the module of complex amplitude; ϕ i is the voltage phase at the output of the IF amplifier of the i-th receiving module (i∈1 ... N).

После аналогово-цифрового преобразования (4) в КАЦП (фиг. 1) выделяются его квадратурные составляющиеAfter analog-to-digital conversion (4) to KACP (Fig. 1), its quadrature components are distinguished

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Если при выполнении операций компенсации искажений АФР на элементах конструкции ААР отсутствуют ледяные и снежные покрытия, амплитуда Ui и фаза ϕi в выражениях (5) и (6) определяются только взаимным расположением вспомогательной антенны А и ААР. Поэтому результаты (5) и (6) принимаются в качестве эталонных

Figure 00000008
и
Figure 00000009
поступают в блок БФКК и запоминаются в ПЗУ.If during the compensation of distortions of the AFR on the design elements of the AAR there are no ice and snow cover, the amplitude U i and phase ϕ i in expressions (5) and (6) are determined only by the relative position of the auxiliary antenna A and AAR. Therefore, the results (5) and (6) are accepted as reference
Figure 00000008
and
Figure 00000009
arrive at the BFCC block and are stored in ROM.

Если при выполнении операций компенсации искажений АФР поля на элементах конструкции ААР присутствуют ледяные и снежные покрытия, то текущие значения амплитуды Uiтек и фазы ϕiтек в выражениях (5) и (6) будут отличаться от эталонных значений, то есть

Figure 00000010
Figure 00000011
Полученные значения
Figure 00000012
и
Figure 00000013
поступают в БФКК, где корректирующие коды для каждого i-го приемного модуля формируются в соответствии с соотношениемIf during the compensation of distortions of the AFR field on the design elements of the AAR there are ice and snow coverings, then the current values of the amplitude U i and phases ϕ i in the expressions (5) and (6) will differ from the reference values, i.e.
Figure 00000010
Figure 00000011
Values obtained
Figure 00000012
and
Figure 00000013
arrive in BFKK, where the correction codes for each i-th receiving module are formed in accordance with the ratio

Figure 00000014
Figure 00000014

Результаты вычисления по (7) записывают в ПЗУ и поступают на соответствующие комплексные перемножителей каналов блока коррекции. По окончании процесса компенсации искажений АФР от блока управления поступает команда на перевод РЛС в штатный режим функционирования РЛС.The calculation results according to (7) are written to the ROM and fed to the corresponding complex channel multipliers of the correction block. At the end of the AFR distortion compensation process, a command is sent from the control unit to put the radar into the normal mode of operation of the radar.

При этом выходы всех приемных модулей подключаются к входам блока калибровки, где выходные сигналы всех ПМ

Figure 00000015
умножают на корректирующие коэффициенты
Figure 00000016
в результате чего на выходах БК формируют скорректированные значения комплексных амплитуд текущих значений выходных сигналовIn this case, the outputs of all receiving modules are connected to the inputs of the calibration unit, where the output signals of all PM
Figure 00000015
multiplied by correction factors
Figure 00000016
as a result, adjusted values of the complex amplitudes of the current values of the output signals are formed at the outputs of the BC

Figure 00000017
Figure 00000017

Таким образом, комплексные амплитуды сигналов на выходах всех приемных модулей оказываются равными эталонным значениям

Figure 00000018
полученным при проведении измерений в отсутствие снежного и ледяного покрытий на элементах ААР. Так искажения АФР поля в раскрыве ААР, обусловленные влиянием климатических факторов оказываются скомпенсированными. При изменениях характеристик климатических факторов процедуру компенсации их влияния на АФР поля необходимо периодически повторять.Thus, the complex amplitudes of the signals at the outputs of all the receiving modules are equal to the reference values
Figure 00000018
obtained during measurements in the absence of snow and ice coatings on AAP elements. So the distortion of the AFR field in the AAR aperture, due to the influence of climatic factors, is compensated. With changes in the characteristics of climatic factors, the procedure for compensating for their influence on the AFR field must be repeated periodically.

По окончании процедуры компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР РЛС переводится в штатный режим функционирования. При этом скорректированные сигналы (8) с выходов всех БК поступают на входы СЦФДН, где формирование диаграммы направленности осуществляется путем весового суммирования скорректированных сигналов приемных модулей (8). При этом достигается положительный эффект в упрощении технической реализации способа за счет сокращения удаления вспомогательной антенны от ААР и повышения точности компенсации искажений АФР за счет сравнения измеренных значений амплитуд и фаз выходных сигналов приемных модулей ААР не с расчетными значениями, а с эталонными, полученными в процессе измерения амплитуд и фаз выходных сигналов в отсутствие снежных и ледяных покрытий на элементах конструкций ААР.At the end of the procedure for compensating for distortion of the AFR field in the AAR aperture, the radar is transferred to the normal mode of operation. In this case, the corrected signals (8) from the outputs of all the BCs are fed to the inputs of the SCPSF, where the radiation pattern is formed by weighting the adjusted signals of the receiving modules (8). At the same time, a positive effect is achieved in simplifying the technical implementation of the method by reducing the removal of the auxiliary antenna from the AAR and increasing the accuracy of compensation for distortion of the AFR by comparing the measured values of the amplitudes and phases of the output signals of the receiving AAR modules not with the calculated values, but with the reference ones obtained during the measurement amplitudes and phases of the output signals in the absence of snow and ice coatings on structural elements of the AAR.

В соответствии с изложенным выполняют следующую последовательность операций:In accordance with the foregoing, perform the following sequence of operations:

1) определяют диаграмму направленности вспомогательной антенны;1) determine the radiation pattern of the auxiliary antenna;

2) устанавливают вспомогательную антенну на удалении от ААР в промежуточной зоне таким образом, чтобы апертура ААР была в пределах ширины главного лепестка диаграммы направленности вспомогательной антенны;2) install the auxiliary antenna away from the AAR in the intermediate zone so that the aperture of the AAR is within the width of the main lobe of the radiation pattern of the auxiliary antenna;

3) излучают контрольные сигналы в направлении апертуры ААР в отсутствии снежного и ледяного покрытий на элементах конструкции ААР;3) emit control signals in the direction of the AAP aperture in the absence of snow and ice coatings on the structural elements of the AAR;

4) принимают регистрируемые при этом значения амплитуды и фазы сигналов на выходах приемных модулей в качестве эталонных значений и записывают в постоянное запоминающее устройство;4) take the recorded values of the amplitude and phase of the signals at the outputs of the receiving modules as reference values and record them in read-only memory;

5) формируют на основе сравнения текущих значений амплитуд и фаз сигналов на выходах приемных модулей, полученных в присутствии снежного и ледяного покрытия на элементах конструкции ААР, с соответствующими эталонными значениями амплитуд и фаз выходных сигналов приемных модулей формируют комплексные корректирующие коды, которые записывают в ПЗУ;5) form on the basis of a comparison of the current values of the amplitudes and phases of the signals at the outputs of the receiving modules obtained in the presence of snow and ice cover on the structural elements of the AAR, with the corresponding reference values of the amplitudes and phases of the output signals of the receiving modules form complex correction codes that are recorded in the ROM;

6) умножают текущие значения, при работе РЛС в штатном режиме, комплексных амплитуд выходных сигналов приемных модулей на комплексные корректирующие коды. Добиваясь тем самым компенсации искажений АФР поля в раскрыве ААР;6) multiply the current values, when the radar is operating normally, of the complex amplitudes of the output signals of the receiving modules by complex corrective codes. Thus, seeking compensation for the distortion of the AFR field in the AAR opening;

7) формируют диаграмму направленности ААР путем весового суммирования скорректированных комплексных амплитуд выходных сигналов приемных модулей.7) form the directivity pattern of the AAR by weighting the adjusted complex amplitudes of the output signals of the receiving modules.

Приведенный авторами анализ научно-технической литературы позволяет сделать вывод о патентной новизне предлагаемого способа компенсации искажений амплитудно-фазового распределения поля в раскрыве адаптивной антенной решетки, обусловленных влиянием климатических факторов.The analysis of the scientific and technical literature cited by the authors allows us to conclude about the patent novelty of the proposed method for compensating distortions of the amplitude-phase distribution of the field in the aperture of an adaptive antenna array due to the influence of climatic factors.

Источники информации, использованные при составлении заявки:Sources of information used in the preparation of the application:

1. Патент РФ №2192074, H01Q 1/02. Способ противобледенения наземной параболической антенны и устройство для его осуществления / А.Г. Козлов, В.И. Халиманович, Е.Н. Головенкин, А.А. Мелкомуков, Н.А. Ковалев, П.С. Морозов, Н.М. Антонов, А.Н. Котов, О.Г. Белоусова, A.И. Антипьев, Н.Г. Алексеев, Г.И. Овечкин, С.А. Чернявский. - №2000130893/09; Заявлено 2000.12.08. - Опубликовано 2003.08.20;1. RF patent No. 2192074, H01Q 1/02. A method of anti-icing ground parabolic antenna and device for its implementation / A.G. Kozlov, V.I. Halimanovich, E.N. Golovenkin, A.A. Melkomukov, N.A. Kovalev, P.S. Morozov, N.M. Antonov, A.N. Kotov, O.G. Belousova, A.I. Antipiev, N.G. Alekseev, G.I. Ovechkin, S.A. Chernyavsky. - No.2000130893 / 09; Declared 2000.12.08. - Posted on 2003.08.20;

2. Патент РФ №2207668, Н01Q 1/02. Способ термостабилизации параболической антенны и устройство для его осуществления / А.Г. Козлов, B.И. Халиманович, Е.Н. Головенкин, Г.И. Овечкин, А.В. Леканов, А.Н. Котов, В.В. Двирный, А.А. Мелкомуков, П.С. Морозов, C.А. Чернявский. - №2000130908/09; Заявлено 2000.12.08. - Опубликовано 2003.06.27;2. RF patent No. 2207668, H01Q 1/02. The method of thermal stabilization of a parabolic antenna and device for its implementation / A.G. Kozlov, B.I. Halimanovich, E.N. Golovenkin, G.I. Ovechkin, A.V. Lekanov, A.N. Kotov, V.V. Dvirny, A.A. Melkomukov, P.S. Morozov, C.A. Chernyavsky. - No.2000130908 / 09; Declared 2000.12.08. - Posted on 2003.06.27;

3. Патент РФ №2233018, H01Q 1/42. Способ противооблединения наземной параболической антенны и устройство для его реализации / Е.Н. Головенкин, В.И. Халиманович, А.Г. Козлов, Г.Д. Кесельма, Н.А. Тестоедов, Г.И. Овечкин, А.А. Мелкомуков, А.Н. Котов, С.А. Чернявский, А.И. Антипьев, А.В. Леканов, В.Н. Смирных, Н.М. Антонов. - №2003125539/09; Заявлено 2003.08.18. - Опубликовано 2004.07.20;3. RF patent No. 2233018, H01Q 1/42. The method of anti-icing ground parabolic antenna and device for its implementation / E.N. Golovenkin, V.I. Halimanovich, A.G. Kozlov, G.D. Keselma, N.A. Testoedov, G.I. Ovechkin, A.A. Melkomukov, A.N. Kotov, S.A. Chernyavsky, A.I. Antipiev, A.V. Lekanov, V.N. Smirnykh, N.M. Antonov. - No. 2003125539/09; Stated 2003.08.18. - Posted on 2004.07.20;

4. Патент РФ №2358362, H01Q 1/02. Радиопрозрачный купол / Г.М. Клещевников, А.Н. Сакулин, И.С. Семенов, С.М. Соколов, В.Г. Янов. - №2007138665/09; Заявлено 2007.10.17. - Опубликовано 2009.06.10;4. RF patent No. 2358362, H01Q 1/02. Radiolucent Dome / G.M. Kleschevnikov, A.N. Sakulin, I.S. Semenov, S.M. Sokolov, V.G. Yanov. - No. 2007138665/09; Declared 2007.10.17. - Posted on 2009.06.10;

5. Патент РФ №2446521, H01Q 3/26. Способ компенсации искажений амплитудно-фазового распределения поля в раскрыве адаптивной антенной решетки, обусловленных влиянием климатических факторов / Д.Д. Габриэльян, А.Г. Прыгунов, А.И. Рахманинов, В.В. Трепачев, В.В. Худяков. - №2010102939/07; Заявлено 2010.01.28. - Опубликовано 2012.03.27.5. RF patent No. 2446521, H01Q 3/26. A method for compensating distortions of the amplitude-phase distribution of the field in the aperture of an adaptive antenna array due to the influence of climatic factors / D.D. Gabrielyan, A.G. Prygunov, A.I. Rachmaninov, V.V. Trepachev, V.V. Khudyakov. - No. 201002939/07; Stated 2010.01.28. - Posted on 2012.03.27.

Claims (1)

Способ компенсации искажений амплитудно-фазового распределения поля в раскрыве адаптивной антенной решетки (ААР), обусловленных влиянием климатических факторов (снежного или ледяного покрытия на элементах ее конструкции), основанный на измерении амплитуд и фаз сигналов на выходах приемных модулей ААР при облучении ее контрольным сигналом, излучаемым вспомогательной антенной в рабочем диапазоне частот ААР, отличающийся тем, что определяют ширину главного лепестка диаграммы направленности вспомогательной антенны и устанавливают ее в промежуточной зоне относительно ААР таким образом, чтобы апертура ААР полностью находилась в пределах ширины главного лепестка диаграммы направленности вспомогательной антенны, осуществляют формирование корректирующих сигналов для изменения амплитуд и фаз сигналов на выходах приемных модулей ААР на основе сравнения амплитуд и фаз выходных сигналов приемных модулей, обусловленных влиянием ледяного или снежного покрытия на элементах ее конструкции, с записанными в постоянном запоминающем устройстве эталонными значениями амплитуд и фаз выходных сигналов приемных модулей, измеренных в отсутствие снежного и ледяного покрытия на элементах конструкции ААР.A method for compensating distortions of the amplitude-phase distribution of the field in the aperture of an adaptive antenna array (AAR) due to the influence of climatic factors (snow or ice cover on the elements of its structure), based on measuring the amplitudes and phases of the signals at the outputs of the AAR receiving modules when it is irradiated with a control signal, radiated by the auxiliary antenna in the operating range of the AAR frequencies, characterized in that the width of the main lobe of the radiation pattern of the auxiliary antenna is determined and set to the intermediate zone relative to the AAR so that the AAP aperture is completely within the width of the main lobe of the radiation pattern of the auxiliary antenna, correcting signals are generated to change the amplitudes and phases of the signals at the outputs of the AAR receiving modules based on a comparison of the amplitudes and phases of the output signals of the receiving modules, due to the influence ice or snow cover on the elements of its design, with reference values of amplitudes recorded in the permanent storage device and phases of the output signals of the receiving modules, measured in the absence of snow and ice cover on the structural elements of the AAR.
RU2019121128A 2019-07-03 2019-07-03 Method for compensation of distortions of amplitude-phase distribution of field in an opening of an adaptive antenna array, caused by influence of climatic factors RU2717351C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121128A RU2717351C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Method for compensation of distortions of amplitude-phase distribution of field in an opening of an adaptive antenna array, caused by influence of climatic factors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121128A RU2717351C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Method for compensation of distortions of amplitude-phase distribution of field in an opening of an adaptive antenna array, caused by influence of climatic factors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717351C1 true RU2717351C1 (en) 2020-03-23

Family

ID=69943047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019121128A RU2717351C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Method for compensation of distortions of amplitude-phase distribution of field in an opening of an adaptive antenna array, caused by influence of climatic factors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717351C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739938C1 (en) * 2020-04-03 2020-12-30 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method for spatial compensation of direct and reflected signals when a reflected signal from an air target is detected by a bistatic radar system

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4259671A (en) * 1979-08-20 1981-03-31 Rca Corporation Antenna deicing apparatus
US4353119A (en) * 1980-06-13 1982-10-05 Motorola Inc. Adaptive antenna array including batch covariance relaxation apparatus and method
GB2241116B (en) * 1989-12-29 1994-06-29 American Nucleonics Corp Highly directive radio receiver employing relatively small antennas
RU2106649C1 (en) * 1996-11-22 1998-03-10 Мануилов Борис Дмитриевич Ring array with check-up system
RU2112988C1 (en) * 1996-07-29 1998-06-10 Мануилов Борис Дмитриевич Ring antenna array with check-up system
DE60010108T2 (en) * 1999-10-11 2005-06-30 Ditrans IP, Inc., Menlo Park METHOD OF ADAPTING AN ANTENNA WEEK TO RUNNING OPERATING CONDITIONS, ARRANGEMENT FOR FORMING AN ADAPTED ANTENNA WEB AND ADAPTIVE ANTENNA SYSTEM
RU2297098C2 (en) * 2005-06-23 2007-04-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Automatic noise-balancing device
RU2446521C2 (en) * 2010-01-28 2012-03-27 Дмитрий Давидович Габриэльян Method to compensate distortions of amplitude-phase distribution of field in aperture of adaptive antenna array specified by effect of climatic factors
RU172722U1 (en) * 2017-03-28 2017-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") A device for correcting the amplitude-phase distribution of a disclosed annular antenna array
US10211863B1 (en) * 2017-08-15 2019-02-19 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Complementary automatic gain control for anti-jam communications

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4259671A (en) * 1979-08-20 1981-03-31 Rca Corporation Antenna deicing apparatus
US4353119A (en) * 1980-06-13 1982-10-05 Motorola Inc. Adaptive antenna array including batch covariance relaxation apparatus and method
GB2241116B (en) * 1989-12-29 1994-06-29 American Nucleonics Corp Highly directive radio receiver employing relatively small antennas
RU2112988C1 (en) * 1996-07-29 1998-06-10 Мануилов Борис Дмитриевич Ring antenna array with check-up system
RU2106649C1 (en) * 1996-11-22 1998-03-10 Мануилов Борис Дмитриевич Ring array with check-up system
DE60010108T2 (en) * 1999-10-11 2005-06-30 Ditrans IP, Inc., Menlo Park METHOD OF ADAPTING AN ANTENNA WEEK TO RUNNING OPERATING CONDITIONS, ARRANGEMENT FOR FORMING AN ADAPTED ANTENNA WEB AND ADAPTIVE ANTENNA SYSTEM
RU2297098C2 (en) * 2005-06-23 2007-04-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Automatic noise-balancing device
RU2446521C2 (en) * 2010-01-28 2012-03-27 Дмитрий Давидович Габриэльян Method to compensate distortions of amplitude-phase distribution of field in aperture of adaptive antenna array specified by effect of climatic factors
RU172722U1 (en) * 2017-03-28 2017-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") A device for correcting the amplitude-phase distribution of a disclosed annular antenna array
US10211863B1 (en) * 2017-08-15 2019-02-19 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Complementary automatic gain control for anti-jam communications

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739938C1 (en) * 2020-04-03 2020-12-30 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method for spatial compensation of direct and reflected signals when a reflected signal from an air target is detected by a bistatic radar system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10809366B2 (en) Multimodal radar system
JP2006275967A (en) Antenna characteristics evaluation method and measuring device
Belfiori et al. Antenna array characterisation and signal processing for an FM radio-based passive coherent location radar system
Jirousek et al. Development of the highly accurate DLR Kalibri transponder
RU2717351C1 (en) Method for compensation of distortions of amplitude-phase distribution of field in an opening of an adaptive antenna array, caused by influence of climatic factors
RU2732803C1 (en) Method for digital formation of beam pattern of active phased antenna array during radiation and reception of linear-frequency-modulated signals
Döring et al. Highly accurate calibration target for multiple mode SAR systems
Kothapudi et al. Design of 0.73 λ inter-element spacing linear array for 0.43 GHz P/UHF-band tropospheric radar wind profiler
Liu et al. A combined L-band synthetic aperture radiometer and fan-beam scatterometer for soil moisture and ocean salinity measurement
KR101167097B1 (en) Acquisition method on phase of active phased array antenna radiating elements using sub-array's near-field data
RU2389038C2 (en) Monopulse radar with automatic calibration
KR102229191B1 (en) Calibration system of direction finding equipment
Zhou et al. Internal calibration for airborne X-band DBF-SAR imaging
Chamberlain et al. The DESDynI synthetic aperture radar array-fed reflector antenna
Lenz et al. TerraSAR-X active radar ground calibrator system
RU2792222C1 (en) Method of correction of the amplitude-phase distribution of opened antenna array
Alfonzo et al. First results of the Sentinel-1A in-orbit antenna characterization performed by DLR
RU2773648C1 (en) Method for digital generation of antenna pattern of an active phased antenna array when emitting and receiving linear frequency-modulated signals
RU2606707C1 (en) Method for adaptive measurement of angular coordinates
RU2774156C1 (en) Radar with continuous emission of broadband linear-frequency-modulated signal with wide-angle electronic scanning of the directivity pattern of the antenna
RU2744824C1 (en) Antenna system
Wei et al. A Beam Optimization Technique for Space-borne Phased Array SAR
Yuchen et al. A X-Band Wide-Scan Phased Array System Based on Rotman Lens
Bachmann et al. Accurate antenna pattern modelling for spaceborne active phased array antennas
GC et al. Using the Celestial Radio Source