RU2755642C1 - Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением - Google Patents

Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением Download PDF

Info

Publication number
RU2755642C1
RU2755642C1 RU2020127631A RU2020127631A RU2755642C1 RU 2755642 C1 RU2755642 C1 RU 2755642C1 RU 2020127631 A RU2020127631 A RU 2020127631A RU 2020127631 A RU2020127631 A RU 2020127631A RU 2755642 C1 RU2755642 C1 RU 2755642C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compensation
channel
main
subarray
antenna array
Prior art date
Application number
RU2020127631A
Other languages
English (en)
Inventor
Роман Васильевич Калашников
Александр Михайлович Лаврентьев
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" 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 казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2020127631A priority Critical patent/RU2755642C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2755642C1 publication Critical patent/RU2755642C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • 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

Abstract

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для радиолокационных систем. Технический результат заключается в увеличении отношения энергии сигнала к спектральной плотности мощности помех. Технический результат достигается тем, что из плоской эквидистантной антенной решетки выделяют неэквидистантные подрешетки по числу компенсационных каналов, формируют остронаправленные сканирующие диаграммы направленности (ДН): компенсационную ДН подрешетки каждого компенсационного канала и ДН подрешетки основного канала, при этом вероятность выделения элемента в неэквидистантную подрешетку компенсационного канала зависит от его расположения в раскрыве и определяется произведением коэффициента, обеспечивающего выделение заданного количества элементов в подрешетку компенсационного канала, и разности единицы и отношения однопараметрического распределения Хансена, параметр которого выбирается по критерию максимума отношения уровня главного максимума к максимальному уровню боковых лепестков ДН подрешетки основного канала, к значению амплитудного распределения на данном элементе антенной решетки. 7 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС) обнаружения, распознавания и селекции при приеме радиолокационных сигналов плоской фазированной антенной решеткой с пространственным возбуждением на фоне активных помех, направления воздействия которых известны. Технический результат заключается в увеличении отношения энергии сигнала к спектральной плотности мощности помех на входе высокочастотного тракта основного канала при формировании остронаправленных компенсационных диаграмм направленности (ДН), уровень которых превышает максимальный уровень боковых лепестков остронаправленной диаграммы направленности антенны основного канала.
Известно большое количество схемных реализаций системы автокомпенсации активных шумовых помех, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности. Все они базируются на введении радиолокационной станции вспомогательными (компенсационными) приемными каналами. Например, в [1 - Адаптивная компенсация помех в каналах связи [Текст] / И.Ю. Лосев, А.Г. Бердников, Э. Ш. Гойхман [и др.]; под ред. И.Ю. Лосева. - М.: Радио и связь, 1988. - 208 с. - ISBN 5-256-00030-6] представлен способ, при котором производится прием помехи остронаправленной диаграммой направленности антенны основного и слабонаправленной диаграммой направленности антенны компенсационного канала, которая превышает уровень боковых лепестков основного канала, далее в основном и компенсационном канале за счет регулировки весовых коэффициентов компенсационного канала создаются одинаковые по амплитуде и противоположные по фазе помехи, которые взаимно компенсируются при суммировании. При этом эффективная компенсация активных шумовых помех возможна в случае, когда количество направлений воздействия на радиолокационную станцию активных помех не превышает число компенсационных каналов. Количество компенсационных каналов определяется числом вспомогательных компенсационных антенн. Многие современные радиолокационные станции характеризуются высокой насыщенностью радиоэлектронной аппаратурой, при которой практически исключено наличие свободного технологического пространства для размещения вспомогательных антенн, что наиболее характерно для радиолокационных станций миллиметрового диапазона длин волн. Работа радиолокационной станции осложняется тем, что вспомогательные компенсационные антенны как правило малоразмерны и обладают слабой пространственной избирательностью, в силу чего затруднена взаимная развязка между компенсационными каналами. Слабая развязка между каналами снижает качество компенсации помех, что приводит к снижению дальности обнаружения целей [2 - Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех [Текст] / Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.].
Оснащение радиолокационных станций антенными системами, выполненными в виде антенных решеток, обеспечивает возможность решения задачи формирования компенсационных лучей за счет многолучевого диаграммообразования. В частности, в [3 - RU 2567120 С1. Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом / Ларин А.Ю., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Помысов А.С., Шацкий В.В. Класс H01Q 2/26, опубл. 10.11.2015 г.] представлен способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управление 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.
Недостатком такого способа диаграммообразования компенсационных каналов является то, что они требуют независимого питания отдельных излучающих элементов (групп элементов). Соответственно представленные в [3] способы не применимы для ФАР с пространственным возбуждением.
Самым близким аналогом изобретения является метод, описанный в [4 - Фазовый синтез антенных решеток, использующих статистическое формирование парциальных диаграмм дискретного раскрыва / Железняк М.М., Калачев В.Н., Кашин В.А. - Радиотехника и электроника, 1974. Т. 19. №4], который основан на статистическом разбиении фазированной антенной решетки (ФАР) на вложенные друг в друга неэквидистантные подрешетки. В соответствии с ним антенное полотно условно делится на ряд групп излучателей (подрешеток) с независимым управлением фазами полей возбуждения. Для формирования требуемого количества
Figure 00000001
подрешеток компенсационных каналов из имеющегося числа
Figure 00000002
излучающих элементов ФАР формируется последовательность случайных чисел Q размерностью
Figure 00000003
равномерно распределенных на интервале [0, 1]. Далее интервал от 0 до 1 разбивается на
Figure 00000004
интервалов длинною
Figure 00000005
Попадание случайной величины в j-й интервал соответствует включению излучающего элемента ФАР в подрешетку j-го канала. Регулировка фазы на элементах j-й подрешетки осуществляется по закону.
Figure 00000006
где
Figure 00000007
- волновое число; Хр, Yp - координаты расположения элемента антенной решетки в раскрыве;
Figure 00000008
- угловые координаты направления приема сигнала или активной помехи подрешеткой j-го канала; m - индекс, соответствующий номеру элемента антенной решетки.
Результирующее фазовое распределение на элементах всей решетки описывается статистическим законом:
Figure 00000009
Таким образом, приведенный в [4] метод использует равномерное распределение элементов подрешеток в раскрыве ФАР. Выделение части элементов ФАР в компенсационные подрешетки эквивалентно снижению уровня амплитудного распределения на излучающих элементах подрешетки основного канала [5 - Антенные решетки [Текст] / Л.С. Бененсон, В.А. Журавлев, С.В. Попов, [и др.]; Под ред. Л.С. Бененсона. - М.: Советское радио, 1966. - 367 с.]. В свою очередь, в ФАР с пространственным возбуждением амплитудное распределение, создаваемое первичным облучателем, как правило спадает к краям раскрыва. Соответственно, центральные элементы ФАР вносят больший вклад в общее усиление антенны. Равномерное распределение элементов подрешеток компенсационных каналов, без учета их расположения в раскрыве, приводит к значительному снижению коэффициента усиления основного приемного канала, вследствие чего снизится отношение энергии сигнала к спектральной плотности мощности помехи (далее отношение сигнал/помеха) на входе высокочастотного тракта основного приемного канала, следовательно, уменьшится дальность обнаружения цели. Таким образом проявляется противоречие, обусловленное тем, что при формировании лучей компенсационных каналов представленными методами будет значительно снижаться отношение сигнал/помеха на входе высокочастотного тракта основного канала и дальности обнаружения цели.
Задачей, для решения которой разработан предлагаемый способ, является формирование остронаправленных компенсационных диаграмм направленности в направлении на источники помех, главные максимумы которых перекрывают максимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенны основного канала.
Для решения представленной задачи разработан способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением.
Разработанный способ основан на выделении из плоской эквидистантной антенной решетки требуемого числа неэквидистантных подрешеток по числу компенсационных каналов, формировании остронаправленной сканирующей компенсационной диаграммы направленности подрешетки каждого компенсационного канала путем пространственного сложения в точке расположения фазового центра первичного облучателя данного компенсационного канала сигналов элементов антенной решетки, выделенных в подрешетку данного компенсационного канала, с фазовыми поправками, выбранными с учетом направления приема активной помехи и преобразования сферического фронта волны от первичного облучателя в плоский, формировании остронаправленной сканирующей диаграммы направленности подрешетки основного канала путем пространственного сложения в точке расположения фазового центра первичного облучателя основного канала сигналов элементов антенной решетки, не выделенных в подрешетки компенсационных каналов, с фазовыми поправками, выбранными с учетом направления приема полезного сигнала и преобразования сферического фронта волны от первичного облучателя основного канала в плоский.
Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и его ближайшего аналога показал, что заявленный способ отличается тем, что распределение плотности размещения в раскрыве антенной решетки элементов неэквидистантных подрешеток соответствует распределению, обеспечивающему снижение максимального уровня боковых лепестков при минимальном снижении уровня главного максимума и допустимом расширении основного лепестка диаграммы направленности подрешетки основного канала.
Техническим результатом является увеличение отношения энергии сигнала к спектральной плотности мощности помех на входе высокочастотного тракта основного канала при формировании компенсационных диаграмм направленности, уровень которых превышает максимальный уровень боковых лепестков остронаправленной диаграммы направленности антенны основного канала.
Таким образом заявляемое изобретение не известно из уровня техники, а также отсутствуют источники, в которых были бы представлены способы, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое изобретение от ближайшего аналога, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемого изобретения, в связи с чем можно считать, что оно обладает существенными отличиями.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
Фиг. 1 - зависимость отношения уровней главного максимума к максимальному уровню боковых лепестков ДН подрешетки основного канала от параметров распределения элементов антенной решетки, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов, в раскрыве ФАР.
Фиг. 2 - зависимость значений отношения допустимой ширины главного лепестка ДН подрешетки основного канала к реализуемой от значения отношения количества элементов, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов, к общему количеству элементов в ФАР.
Фиг. 3 - компенсационная диаграмма направленности. Символ
Figure 00000010
- ширина главного лепестка компенсационной ДН по половинной мощности.
Фиг. 4 - ДН подрешетки основного канала 4.1 - исходная; 4.2 - после формирования трех компенсационных диаграмм направленности; 4.3 - после формирования шести компенсационных диаграмм направленности. Символ
Figure 00000011
- уровень главного максимума и максимальный уровень боковых лепестков исходной ДН ФАР;
Figure 00000012
- уровень главного максимума и максимальный уровень боковых лепестков ДН подрешетки основного канала после формирования трех компенсационных ДН;
Figure 00000013
- уровень главного максимума и максимальный уровень боковых лепестков ДН подрешетки основного канала после формирования шести компенсационных ДН.
Фиг. 5 - зависимость параметров ДН подрешетки основного канала от количества формируемых компенсационных ДН (а - уровень главного максимума; б - максимальный уровень боковых лепестков; в - ширина главного лепестка по уровню половинной мощности).
Фиг. 6 - вариант размещения элементов подрешеток а) компенсационного канала; б) основного канала в раскрыве ФАР.
Фиг. 7 - схема приемного тракта РЛС оснащенной системой автокомпенсации активных помех. Где 7.1 - проходная фазированная антенная решетка; 7.2 - облучатели основного и компенсационных каналов; 7.3 - усилитель высокочастотного сигнала; 7.4 - генератор гетеродинного напряжения; 7.5 - смеситель; 7.6 - усилитель сигнала на промежуточной частоте; 7.7 - аналого-цифровой преобразователь; 7.8 - вычислитель весовых коэффициентов; 7.9 - перемножитель; 7.10 - сумматор; 7.11 - устройство управления фазовращателями антенной решетки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для достижения технического результата, необходимо добиться увеличения отношения сигнал/помеха на входе основного приемного канала:
Figure 00000014
где Эпр - энергия принимаемого сигнала на входе основного канала; Nп - спектральная плотность мощности помехи на входе основного канала; Э - энергия зондирующего сигнала; Gmax - максимальный коэффициент усиления плоской ФАР;
Figure 00000015
- эффективная отражающая поверхность цели;
Figure 00000016
- произведение уровней нормированных диаграмм направленности по мощности на прием и передачу в направлении на цель; rпп - удаление произведение уровней нормированных диаграмм направленности по мощности на прием и передачу в направлении на цель; rпп - удаление источника помех от РЛС;
Figure 00000017
- ширина спектра помехи; Рп - мощность передатчика помех; Gп - коэффициент усиления антенны источника помех;
Figure 00000018
- значение нормированной ДН антенны источника помех в направлении на РЛС;
Figure 00000019
- значение нормированной ДН антенны РЛС по мощности в направлении на источник помех;
Figure 00000020
- коэффициент несовпадения поляризации помехи и полезного сигнала;
Figure 00000021
- коэффициент качества помехи; rц - удаление цели от РЛС.
При прочих равных условиях значение отношение сигнал/помеха (3) определяется отношением уровней диаграммы направленности антенны основного канала в направлении на цель и на помехопостановщик:
Figure 00000022
При выделении элементов ФАР для формирования подрешеток компенсационных каналов отношение
Figure 00000023
будет зависеть от распределения элементов, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов, в раскрыве ФАР.
При синтезе данного распределения рассматривается наихудшая ситуация, когда угловые координаты источника помех
Figure 00000024
соответствуют направлению максимального бокового лепестка ДН подрешетки основного канала
Figure 00000025
а цели
Figure 00000026
- направлению главного максимума ДН подрешетки основного канала
Figure 00000027
В этом случае уровень диаграммы в направлении на источник помех определяется максимальным уровнем боковых лепестков, а в направлении на цель - уровнем главного максимума. Тогда отношение
Figure 00000028
можно представить в виде
Figure 00000029
где
Figure 00000030
- уровень главного максимума ДН подрешетки основного канала после формирования подрешеток компенсационных каналов;
Figure 00000031
- максимальный уровень боковых лепестков.
Выделение элементов ФАР в подрешетки компенсационных каналов приведет к снижению уровня главного максимума ДН подрешетки основного канала. Поэтому повысить отношение сигнал/помеха, а значит и дальность обнаружения цели, возможно при снижении максимального уровня боковых лепестков за счет синтеза распределения элементов, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов, в раскрыве ФАР. Статистический подход к разбиению совокупности элементов ФАР на подрешетки предопределил необходимость аналитического описания данного распределения, под которым понимается зависимость вероятности выделения элементов ФАР в подрешетки компенсационных каналов от их расположения в раскрыве.
Известен ряд распределений, обеспечивающих низкий уровень боковых лепестков. Применимость большинства распределений, таких как распределение Хемминга [6 - Brown, J. L.A Simplified Derivation of the Fourier Coefficients for Chebyshev Patterns, Proc. IEE, Vol.105C, 1957, pp. 167-168], многопараметрическое распределение Тейлора [7 - Taylor, Т.Т. One-Parameter Familyof Line Sources Producing Modified sin nu/nu Pattern, rep.TM 324, Hughes Aircraft Co., Culver City, CA, 1953], двухпараметрическое распределение Бикмора-Спелмайра [8 - Bickmore, R.W., Spellmire, R.J., A two-Parameter Family of line Sources, Rep.TM 595, Hughes Aircraft Co., Culver City, CA, 1956] и др. [5], ограничена наличием значительных ошибок при фазировании элементов ФАР миллиметрового диапазона длин волн, которые приводят к высокому уровню периферийных боковых лепестков и практическому отсутствию ожидаемого спада уровней всех боковых лепестков. Анализ известных законов распределения показал, что от данного недостатка свободно однопараметрическое распределение Хансена [9 - Hansen, R. С, A One-Parameter Circular Aperture Distributions with Narrow Beam-width and Low Sidelobes, trans. IEEE, Vol. AP-24, 1967, pp. 477-480], которое, в отличие от прочих, позволяет снизить уровень ближних боковых лепестков, поэтому оно выбрано в качестве исходного. Искомое распределение, с учетом создаваемого первичным облучателем амплитудного распределения, описывается выражением:
Figure 00000032
где
Figure 00000033
- удаление элемента антенной решетки от геометрического центра раскрыва; Тв - положительный действительный параметр распределения Хансена; N - требуемое количество элементов, выделяемых в подрешетку компенсационного канала; g - коэффициент, обеспечивающий включение заданного количества элементов в подрешетки компенсационных каналов; Ι0 - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка первого рода; RA - максимальное значение удаления элемента антенной решетки от геометрического центра раскрыва; А0 - амплитудное распределение, создаваемое первичным облучателем основного канала на элементах антенной решетки.
Коэффициент g определяется выражением:
Figure 00000034
где Np - количество элементов в антенной решетке.
Для статистического представления апертур подрешеток компенсационных каналов необходимо сгенерировать последовательность случайных чисел Q размерностью
Figure 00000035
равномерно распределенных в интервале [0,1]. Попадание числа Qm в интервал длиной В соответствует включению элемента ФАР с индексом m в подрешетку компенсационного канала. С учетом этого дискретный раскрыв подрешетки j-го компенсационного канала представлен матрицей Cj, состоящей из элементов Cjm:.
Figure 00000036
Индексы m элементов матрицы С, равных единице, соответствуют индексам элементов ФАР, включенных в подрешетку j-го канала. Элементы матрицы, характеризующей апертуру прореженной подрешетки основного канала, определяются выражением:
Figure 00000037
Управление положением лучей диаграмм направленности подрешеток осуществляется за счет создания фазового распределения на излучающих элементах в соответствии с выражением:
Figure 00000038
где
Figure 00000039
- азимут и угол места направления фазирования j-й подрешетки;
Figure 00000040
- фазовые поправки на излучающих элементах, преобразующие сферический фронт волны от облучателя j-го канала в плоский.
Далее рассчитывается зависимость значения отношения
Figure 00000041
от параметра TB и количества элементов, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов N, которая, с учетом выражений (6-10), представляет собой:
Figure 00000042
Максимизация отношения уровней ДН основного канала в направлении на цель и на источник помех
Figure 00000043
достигается за счет выбора оптимальных значений параметров функции В. Для поиска оптимальных значений
Figure 00000044
необходимо решить уравнение вида:
Figure 00000045
Нетривиальность аналитического решения уравнения (12) определяет необходимость применения численного метода решения. Для этого необходимо рассчитать зависимость
Figure 00000046
при различных значениях параметра ТВ и количества элементов ФАР, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов N.
График функции
Figure 00000047
представлен на фиг. 1.
Анализ зависимости
Figure 00000048
представленной на фиг. 1, показывает, что при фиксированном количестве элементов ФАР, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов, выбор функции, характеризующей распределение этих элементов в раскрыве ФАР, с оптимальным значением параметра
Figure 00000049
обеспечивает максимум отношения уровней диаграммы направленности в направлении на цель и на источник помех.
Как известно, эффективность компенсации помех в автокомпенсаторе тем выше, чем больше превышение уровня ДН компенсационных каналов над уровнем ДН основного канала в направлении на источник помех [1]. Уровень главного максимума ДН подрешетки компенсационного канала прямо пропорционален количеству выделяемых в нее элементов ФАР. Однако увеличение количества элементов, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов, приводит к расширению главного лепестка ДН подрешетки основного канала. При наличии требований, предъявляемых к ширине главного лепестка диаграммы направленности антенны основного канала, необходимо задать ее допустимое значение. В качестве допустимого значения можно принять значение типового заводского допуска для настройки ФАР
Figure 00000050
Когда
Figure 00000051
условие выполняется, в противном случае - нет. Очевидно, что отношение допустимой и реализуемой ширины диаграммы направленности подрешетки основного канала зависит от количества элементов ФАР, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов N. Для поиска таких значений N, при которых выполняется условие
Figure 00000052
целесообразно ввести критерий вида:
Figure 00000053
где Z1 - ширина ДН основного канала допустима; Z0 - не допустима.
Далее необходимо получить зависимость отношения допустимой ширины главного лепестка ДН подрешетки основного канала к реализуемой ширине при различном N (фиг. 2).
Из данной зависимости требуется определить максимальное количество элементов Nmax, включаемых в подрешетки компенсационных каналов, при котором ширина диаграммы направленности подрешетки основного канала не превышает допустимого значения.
Суммарное количество элементов, выделяемых в подрешетки компенсационных каналов, не должно превышать значение Nmax. Количество элементов, выделяемых в подрешетку каждого компенсационного канала, выбирается таким, чтобы обеспечивалось перекрытие максимального уровня боковых лепестков подрешетки основного канала уровнем главного максимума компенсационного канала.
Результаты моделирования с антенной решеткой миллиметрового диапазона из 10000 элементов с полуволновым расстоянием между элементами показали, что при формировании шести подрешеток компенсационных каналов из Nmax элементов обеспечивается перекрытие уровня боковых лепестков основного канала. Такие подрешетки формируют узкий луч (фиг. 3), что позволяет добиться развязки между каналами.
На фиг. 4 представлены диаграммы направленности подрешетки основного канала до и после формирования трех и шести подрешеток компенсационных каналов.
Анализ представленных на фиг. 4 ДН показывает, что при увеличении количества формируемых подрешеток компенсационных каналов с синтезированным распределением в раскрыве ФАР выделяемых в них элементов снижение максимального уровня боковых лепестков происходит значительно быстрее, чем снижение уровня главного максимума. Таким образом, при воздействии постановщика помех по максимальному уровню боковых лепестков исключение элементов подрешеток компенсационных каналов с выбранными параметрами из диаграммообразования подрешетки основного канала позволяет снизить мощность активной помехи на входе основного приемного канала на 0,5…1,2 дБ. Это в свою очередь обеспечит увеличение дальности обнаружения цели в условиях воздействия активных помех еще до применения алгоритма компенсации.
Характер изменения параметров диаграммы направленности подрешетки основного канала при формировании компенсационных диаграмм направленности представлен на фиг. 5.
Анализ полученных результатов моделирования подтверждает возможность увеличения отношения сигнал/помеха на входе высокочастотного тракта основного канала при формировании остронаправленных компенсационных диаграмм направленности (ДН), уровень которых превышает максимальный уровень боковых лепестков остронаправленной диаграммы направленности антенны основного канала, что позволяет заключить о достижении заявленного технического результата.
Таким образом способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением включает следующие операции:
- выбор параметра однопараметрического распределения Хансена по критерию максимума отношения уровня главного максимума к максимальному уровню боковых лепестков диаграммы направленности подрешетки основного канала;
- выбор максимального количества элементов ФАР Nmax, включаемых в компенсационные подрешетки, удовлетворяющего критерию не превышения шириной главного лепестка ДН основного канала допустимого значения;
- оценка количества элементов, выделяемых в подрешетку компенсационного канала, при котором обеспечивается перекрытие уровня максимального бокового лепестка ДН основного канала;
- расчет значения распределения В для каждого элемента в зависимости от его удаления от центра раскрыва, с учетом выбранного параметра однопараметрического распределения Хансена, и количества элементов, выделяемых в каждую подрешетку компенсационного канала;
- формирование последовательности равномерно распределенных в интервале [0,1] случайных чисел Q по количеству элементов в антенной решетке;
- формирование подрешеток компенсационных каналов путем сравнения чисел Qm с соответствующими значениями распределения
Figure 00000054
- формирование остронаправленной сканирующей компенсационной диаграммы направленности путем введения на элементах, выделенных в подрешетку соответствующего компенсационного канала, фазовых поправок, выбранных с учетом направления приема активной помехи и преобразования сферического фронта волны от первичного облучателя данного компенсационного канала в плоский;
- формирование остронаправленной сканирующей диаграммы направленности подрешетки основного канала путем введения на элементах, не выделенных в подрешетки компенсационных каналов, фазовых поправок, выбранных с учетом направления приема полезного сигнала и преобразования сферического фронта волны от первичного облучателя основного канала в плоский.
На фиг. 6 представлен пример распределения элементов круглой антенной решетки, выделяемых в подрешетку одного из компенсационных каналов, в раскрыве ФАР.
На фиг. 7 изображен вариант построения приемного тракта РЛС со вспомогательными компенсационными каналами, диаграммы направленности которых формируются в соответствии с представленным способом.
Рассмотрим работу приемного тракта на примере данной схемы. Устройство управления фазовращателями антенной решетки - 7.11, выходы которого подключены ко входам фазовращателей элементов проходной фазированной антенной решетки - 7.1, формирует управляющие сигналы для управления фазами полей возбуждения излучающих элементов в соответствии с выражением (10). Первичные облучатели основного и компенсационных каналов - 7.2 принимают сигнал, излученный проходной фазированной антенной решеткой - 7.1. Выходы облучателей основного и компенсационных каналов - 7.2 подключены ко входам усилителей высокочастотного сигнала - 7.3, в котором производится предварительная селекция сигнала по частоте и его усиление. Выходы усилителей высокочастотного сигнала - 7.3 подключены ко входам смесителей - 7.5, на вторые входы которых поступает сигнал с генератора гетеродинного напряжения - 7.4. С выходов смесителей сигналы поступают на входы усилителей сигналов на промежуточной частоте - 7.6, в которых происходит выделение сигнала промежуточной частоты и его усиление. Выходы усилителей промежуточной частоты подключены ко входам аналого-цифровых преобразователей - 7.7, в которых производится преобразование сигналов в цифровой вид. Выходы аналого-цифровых преобразователей компенсационных - 7.7 подключены ко входу вычислителя весовых коэффициентов - 7.8, выходы которого подключены к перемножителям компенсационных каналов - 7.9. На вторые входы перемножителей - 7.9 поступают цифровые сигналы с выходов аналого-цифровых преобразователей - 7.7 компенсационных каналов. С выходов перемножителей - 7.9 компенсационных каналов сигналы поступают на второй и последующие входы сумматора - 7.10, на первый вход которого поступает сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя - 7.7 основного канала. Весовые коэффициенты для напряжений в компенсационных каналах в вычислителе - 7.8 подстраиваются таким образом, чтобы пространственно-коррелированные помехи в компенсационных каналах были равны по амплитуде противоположны по фазе помехам, принятым основным каналом. За счет этого в сумматоре происходит взаимная компенсация пространственно-коррелированных помех, принятых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны основного канала.

Claims (1)

  1. Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением основан на выделении из плоской эквидистантной антенной решетки требуемого числа неэквидистантных подрешеток по числу компенсационных каналов, формировании остронаправленной сканирующей компенсационной диаграммы направленности подрешетки каждого компенсационного канала путем пространственного сложения в точке расположения фазового центра первичного облучателя данного компенсационного канала сигналов антенных элементов, выделенных в подрешетку данного компенсационного канала, с фазовыми поправками, выбранными с учетом направления приема активной помехи и преобразования сферического фронта волны от первичного облучателя в плоский, формировании остронаправленной сканирующей диаграммы направленности подрешетки основного канала путем пространственного сложения в точке расположения фазового центра первичного облучателя основного канала сигналов антенных элементов, не выделенных в подрешетки компенсационных каналов, с фазовыми поправками, выбранными с учетом направления приема полезного сигнала и преобразования сферического фронта волны от первичного облучателя основного канала в плоский, отличающийся тем, что вероятность выделения элемента в неэквидистантную подрешетку компенсационного канала зависит от его расположения в раскрыве и определяется произведением коэффициента, обеспечивающего выделение заданного количества элементов в подрешетку компенсационного канала, и разности единицы и отношения однопараметрического распределения Хансена, параметр которого выбирается по критерию максимума отношения уровня главного максимума к максимальному уровню боковых лепестков диаграммы направленности подрешетки основного канала, к значению амплитудного распределения на данном элементе антенной решетки.
RU2020127631A 2020-08-18 2020-08-18 Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением RU2755642C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127631A RU2755642C1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127631A RU2755642C1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755642C1 true RU2755642C1 (ru) 2021-09-17

Family

ID=77745788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127631A RU2755642C1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755642C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116720287A (zh) * 2023-08-10 2023-09-08 安徽大学 一种基于多馈源的天线单元方向图数值综合方法及系统
RU2810696C1 (ru) * 2023-06-29 2023-12-28 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Экспертно-аналитический центр" Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2395141C1 (ru) * 2009-06-02 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования диаграммы направленности в антенной системе с электронным управлением лучом
CN103384835B (zh) * 2012-12-31 2015-09-30 华为技术有限公司 有源天线方向图测试系统和方法
RU2567120C1 (ru) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2395141C1 (ru) * 2009-06-02 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ формирования диаграммы направленности в антенной системе с электронным управлением лучом
CN103384835B (zh) * 2012-12-31 2015-09-30 华为技术有限公司 有源天线方向图测试系统和方法
RU2567120C1 (ru) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЖЕЛЕЗНЯК М.М. et al. "ФАЗОВЫЙ СИНТЕЗ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ СТАТИСТИЧЕСКОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПАРЦИАЛЬНЫХ ДИАГРАММ ДИСКРЕТНОГО РАСКРЫВА"// РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА, 1974. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2810696C1 (ru) * 2023-06-29 2023-12-28 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Экспертно-аналитический центр" Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом
CN116720287A (zh) * 2023-08-10 2023-09-08 安徽大学 一种基于多馈源的天线单元方向图数值综合方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3352299B1 (en) Wideband beam broadening for phased array antenna systems
US4246585A (en) Subarray pattern control and null steering for subarray antenna systems
Ehyaie Novel approaches to the design of phased array antennas
US10062966B2 (en) Array antenna having a radiation pattern with a controlled envelope, and method of manufacturing it
US20220069477A1 (en) Antenna device and radar apparatus
US11742586B2 (en) Lens-enhanced communication device
Mohammed et al. Sidelobe cancellation for uniformly excited planar array antennas by controlling the side elements
Mohammed et al. Synthesizing asymmetric side lobe pattern with steered nulling in nonuniformly excited linear arrays by controlling edge elements
US9780448B1 (en) True path beam steering
RU2755642C1 (ru) Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением
Khalilpour et al. A novel algorithm in a linear phased array system for side lobe and grating lobe level reduction with large element spacing
CN112072309B (zh) 一种步进补偿低成本相控阵天线架构及其设计方法
CN113489523A (zh) 基于分离校准迭代fft的唯相位多波束方向图综合方法
RU2662509C1 (ru) Способ формирования диаграммы направленности приёмной кольцевой цифровой фазированной антенной решетки
WO2022206034A1 (en) Method and apparatus for a hybrid time delay/phase shifter structure for beam squint mitigation in wideband antenna arrays
AU2020406407B2 (en) Multibeam antenna
RU2577827C1 (ru) Многолучевая самофокусирующаяся антенная решетка
Hassan et al. Comparative study of different power distribution methods for array antenna beamforming for soil moisture radiometer
RU2573715C1 (ru) Способ формирования диаграммы направленности двухкольцевой цифровой фазированной антенной решетки
US10741917B2 (en) Power division in antenna systems for millimeter wave applications
RU2649096C1 (ru) Многолучевая антенная система с одним выходом
Vinoy et al. Efficient synthesis of scanned conformal arrays with chebyschev patterns
RU2754653C1 (ru) Способ формирования диаграммы направленности и антенная решетка для его осуществления
Kaur Electronically Steerable planer Phased Array Antenna
Garg et al. Design of beam steered weighted array with sidelobe cancellation