способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции, заключающийся в облучении электромагнитной волной пространственно-распределенной цели, расположенной в дальней зоне измерительной антенны радиолокационной станции (РЛС), приеме отраженного от пространственно-распределенной цели сигнала антенной РЛС и эталонной антенной с известным коэффициентом усиления, облучение пространственно-распределенной цели осуществляют измерительной антенной РЛС, прием эталонной антенной сигнала, отраженного от пространственно-распределенной цели, осуществляют при максимуме принятого отраженного сигнала измерительной антенной РЛС путем изменения угла облучения пространственно-распределенной цели измерительной антенной РЛС, а коэффициент усиления измерительной антенны определяют по отношению сигналов, принятых эталонной антенной и измерительной антенной РЛС, отличающийся тем, что сигналы, принятые последовательно эталонной и измерительной антеннами РЛС, преобразуют на выходе приемника, из аналоговой в цифровую форму определяют, с помощью программно-аппаратных средств измерительного блока среднее значение заданного количества измерений уровня сигнала для каждой антенны, сравнивают эти значения, и результат сравнения отображают на экране дисплея ПЭВМ измерительного блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано в радиолокационной технике.

Известен способ измерения коэффициента усиления (Измерение параметров антенно-фидерных устройств. А.З.Фрадин, Е.В.Рыжков. Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио. М.: 1962, с.278-280). Способ измерения коэффициента усиления (КУ) основан на сравнении мощности сигналов, излученных передающей антенной от генератора и принимаемых поочередно испытуемой эталонной антенной, с известным КУ и реализован в устройстве, содержащем: детектор, гальванометр, переключатель, эталонную антенну, испытуемую антенну, передающую антенну и генератор.

Существенным недостатком данного способа измерения коэффициента усиления является низкая точность измерения коэффициента усиления антенны, обусловленная субъективным фактором.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции (РЛС) (А.С. SU № 1374151 A1, G01R 29/10). Способ измерения коэффициента усиления антенны РЛС основан на сравнении мощности сигнала, излученного передатчиком РЛС, рассеянного пространственно-распределенной множественной целью (ПРМЦ) и принимаемого поочередно измерительной антенной РЛС, эталонной антенной, с известным коэффициентом усиления, осуществляют при максимуме принятого отраженного сигнала измерительной антенной РЛС путем изменения угла облучения пространственно-распределенной цели измерительной антенной РЛС, а коэффициент усиления измерительной антенны определяют по отношению сигналов, принятых эталонной антенной и измерительной антенной РЛС. Способ измерения КУ РЛС реализован в устройстве, содержащем: приемопередатчик, измерительную антенну, Y-циркулятор, аттенюатор, СВЧ-переключатель, эталонную антенну, пространственно-распределенную цель.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения коэффициента усиления антенны РЛС, обусловленная тем, что сравнение мощностей, принятых эталонной и измерительной антенной, осуществляется оператором.

Технической задачей изобретения является автоматизация способа измерения КУ РЛС аппаратно-программными средствами измерительного блока, за счет чего повышается точность измерений коэффициента усиления антенны радиолокационной станции.

Указанная задача достигается тем, что в способе измерения коэффициента усиления радиолокационной станции, заключающемся в облучении электромагнитной волной пространственно-распределенной цели, расположенной в дальней зоне измерительной антенны радиолокационной станции (РЛС), приеме отраженного от пространственно-распределенной цели сигнала антенной РЛС и эталонной антенной с известным коэффициентом усиления, облучение пространственно-распределенной цели осуществляют измерительной антенной РЛС, прием эталонной антенной сигнала, отраженного от пространственно-распределенной цели, осуществляют при максимуме принятого отраженного сигнала измерительной антенной РЛС путем изменения угла облучения пространственно-распределенной цели измерительной антенной РЛС, а коэффициент усиления измерительной антенны определяют по отношению сигналов, принятых эталонной антенной и измерительной антенной РЛС, согласно изобретению сигналы, принятые последовательно эталонной и измерительной антеннами РЛС, преобразуют на выходе приемника из аналоговой в цифровую форму, определяют с помощью программно-аппаратных средств измерительного блока среднее значение заданного количества измерений уровня сигнала для каждой антенны, сравнивают эти значения и результат сравнения отображают на экране дисплея ПЭВМ измерительного блока.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенный способ измерения коэффициента усиления антенны РЛС отличается введением новых операций - сигналы, принятые последовательно эталонной и измерительной антеннами РЛС, преобразуют на выходе приемника из аналоговой в цифровую форму, определяют с помощью программно-аппаратных средств измерительного блока среднее значение заданного количества измерений уровня сигнала для каждой антенны, сравнивают эти значения и результат сравнения отображают на экране дисплея ПЭВМ измерительного блока.

Таким образом, изобретение соответствует критерию «новизна».

Анализ технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод, что введенные операции известны. Однако введение их в способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции придает этому способу новое свойство, как автоматизация управления процессом измерения коэффициента усиления антенны, за счет чего повышается точность измерений коэффициента усиления антенны радиолокационной станции.

Таким образом, изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является «промышленно применимым», так как оно может использоваться в различных областях радиосвязи.

На фиг.1 представлено устройство, реализующее способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции.

На фиг.2 представлена блок-схема алгоритма работы аппаратно-программного управления устройством, реализующим способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции.

Устройство, реализующее способ измерения коэффициента усиления антенны РЛС (фиг.1), содержит: приемопередатчик (ПП) 1, измерительную антенну (ИА) 2, Y-циркулятор 3, СВЧ-переключатель 4, эталонную антенну (ЭА) 5, пространственно-распределенную цель (ПРЦ) 6 и измерительный блок, включающий: персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ) 7, блок ввода/вывода (БВВ) 8, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 9, регистр запоминания (РЗ) 10, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 11, генераторное оборудование (ГО) 12, причем выходы выбора режима (выход РЕЖ.), записи (выход WE), чтения (выход ОЕ), тактов настройки (ТН), информационные входы/выходы (входы/выходы 0, , N), а также тактовый вход (вход Т) и входы первого (вход КЦ1) и второго (вход КЦ2) циклов конца чтения ПЭВМ 7 соединены с соответствующими входами, входами/выходами и выходами БВВ 8, выход выбора режима (выход РЕЖ.) БВВ 8 соединен с соответствующим входом ГО 12, адресные выходы (выходы 0, , n) ГО 12 соединены с соответствующими входами ОЗУ 9, входы/выходы значений уровня сигнала (входы/выходы ) ОЗУ 9 подключены к соответствующим входам/выходам БВВ 8, выходы БВВ 8 (выходы 0, , n), задающие количество измерений уровня сигнала, соединены с соответствующими входами РЗ 10, выходы (выходы 0, , n) РЗ 10 соединены с соответствующими входами ГО 12 и БВВ 8, выход тактов настройки (выход ТН) БВВ 8 подключен к соответствующему входу РЗ 10, входы значений уровня сигнала (входы 0, , n) БВВ 8 соединены с соответствующими выходами АЦП 11, информационный вход (вход И) АЦП 11 подключен к соответствующему выходу приемника приемопередатчика 1, а тактовый (вход Т) - к первому тактовому выходу (выход Т₁) ГО 12, тактовый выход (выход Т) АЦП 11 соединен с соответствующим входом ГО 12, выходы первого (выход КЦ1) и второго (выход КЦ2) циклов конца чтения и выход второго тактового выхода (выход Т₂) ГО 12 подключены к соответствующим входам БВВ 8, выходы записи (выход WE) и чтения (выход ОЕ) ГО 12 соединены соответственно с входами WE₁, OE₁ БВВ 8 и входами WE, ОЕ ОЗУ 9, вход выбора (вход СЕ) ОЗУ 9 соединен с шиной « », выход сигнала коммутации антенны (выход КА) ГО 12 соединен с соответствующим входом СВЧ-переключателя 4.

Способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции состоит в следующем: к приемнику и передатчику РЛС подключается ИА 2 и с помощью РЛС, работающей в штатном режиме, осуществляется поиск ПРМЦ 6 в рабочем секторе углов ЭА 5. Затем к приемнику подключается ЭА 5 так, что ИА 2 продолжает работать на передачу, измеряются уровни сигналов, отраженных обнаруженной целью и принятых ЭА 5, с выхода приемника приемопередатчика 1 поступают в измерительный блок, где с помощью программно-аппаратных средств преобразуются из аналоговой в цифровую форму, и определяется среднее значение заданного количества измерений уровня сигнала. После этого к приемнику РЛС подключается ИА 2 и определяется среднее значение уровня сигналов, как было описано для ЭА 5. Далее в ПЭВМ 7 осуществляется сравнение средних значений сигнала, принятых последовательно ЭА 5 и ИА 2, и отображение результатов сравнения на экране дисплея ПЭВМ 7 измерительного блока.

Устройство имеет два режима работы. Первый - режим настройки и диагностики, второй - режим работы.

Режим настройки и диагностики разрешается сигналом Лог. «0», который поступает с выхода РЕЖ ПЭВМ 7 на вход РЕЖ БВВ 8 и далее с выхода РЕЖ БВВ 8 на соответствующий вход ГО 12. По этому сигналу ГО 12 устанавливается в начальное состояние. При этом на 0, , n входы ОЗУ 9 поступают сигналы, соответствующие нулевому адресу. Запись заданного числа измерений уровня сигнала в разряды РЗ 10 осуществляется следующим образом. Сигналом Лог.«1», поступившим с выхода WE ПЭВМ 7 на вход WE БВВ 8, в последнем входы/выходы 0, , N устанавливаются в режим входа, и информационные сигналы в двоичном коде с выходов 0, , N ПЭВМ 7 через входы 0, , N и выходы 0, , n БВВ 8 поступают на входы 0, , n РЗ 10. Далее по сигналу, поступившему с выхода ТН ПЭВМ 7 через соответствующие вход и выход БВВ 8 на вход ТН РЗ 10, в разрядах последнего запоминается заданная информация. При записи информации с выхода ОЕ ПЭВМ 7 на соответствующий вход БВВ 8 поступает сигнал Лог.«0».

Затем осуществляется проверка правильности записанной в разрядах РЗ 10 информации. При этом сигналом Лог.«1», поступившим с выхода ОЕ ПЭВМ 7 на вход ОЕ БВВ 8, в последнем входы/выходы 0, , N устанавливаются в режим выхода, и информационные сигналы с выходов 0, , n РЗ 10 через входы 0, , n и выходы 0, , N БВВ 8 поступают в ПЭВМ 7 для их сравнения с исходными. Результат сравнения отображается на экране дисплея ПЭВМ 7.

Перевод устройства, реализующего способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции, в режим работы осуществляется сигналом Лог.«1», поступающим на вход РЕЖ блока БВВ 8. В режиме работы при начальном состоянии ГО 12 сигналом Лог.«0», поступающим с выхода ОЕ ГО 12 на вход ОЕ ОЗУ 9, последнее устанавливается в режим записи, а сигналом Лог. «0», поступающим с выхода КА ГО 12 на вход КА СВЧ-переключателя 4, последний подключает выход ЭА 6 к входу приемника приемопередатчика 1.

Сигнал передатчика РЛС через Y-циркулятор 3 подается на ИА 2 РЛС, излучается в свободное пространство и, отражаясь от цели 6, облучает ИА 2 и ЭА 5. В начальном состоянии СВЧ-переключатель 4 подключает к четвертому плечу Y-циркулятора 3 эталонную антенну ЭА 5, и принимаемый ею сигнал через СВЧ-переключатель 4 и Y-циркулятор 3 поступает на вход приемника приемопередатчика 1 РЛС. С выхода И приемника приемопередатчика 1 аналоговый сигнал поступает на вход И АЦП 11. На вход Т АЦП 11 с первого тактового выхода Т ГО 12 поступает тактовый сигнал, необходимый для работы АЦП 11. Этот сигнал формируется с помощью генератора частот, расположенного в ГО 12. АЦП 11 преобразует аналоговую форму сигнала в цифровую. Значение сигнала в двоичном цифровом коде с выходов АЦП 11 через входы и входы/выходы БВВ 8 поступают на входы/выходы ОЗУ 9, а тактовый сигнал с выхода Т АЦП 11 поступает на вход Т ГО 12. По этому сигналу в ГО 12 формируется сигнал записи, который, поступая с выхода WE ГО 12 на вход WE ОЗУ 9, осуществляет запись информации в нулевом адресе последнего, а счетчик заданного количества измерений уровня сигнала ГО 12 увеличивает свое состояние на единицу. Сигналы с выходов разрядов этого счетчика поступают на выходы 0, ,n ГО 12 и далее на соответствующие адресные входы ОЗУ 9. Далее информация, поступившая с выходов АЦП 11 на входы ОЗУ 9, записывается по новому адресу, как было описано ранее. После записи в ОЗУ 9 заданного количества значений уровня сигнала по сигналу, поступившему с выхода WE ГО 12 на соответствующий вход ОЗУ 9, последнее переводится в режим считывания. После чего на выходах ОЕ и Т2 ГО 12 формируются соответственно сигналы чтения и тактов. Эти сигналы формируются с помощью генератора частот, расположенного в ГО 12. По сигналу чтения, поступившему с выхода ОЕ ГО 12 на входы ОЕ ОЗУ 9 и ОЕ₁ БВВ 8, входы/выходы БВВ 8 переводятся в режим входа, а входы/выходы 0, , N - в режим выхода, и информация с выходов ОЗУ 9 через входы/выходы и входы/выходы 0, , N БВВ 8 поступает на входы/выходы 0,...,N ПЭВМ 7. По тактовым сигналам, поступившим с выхода Т2 ГО 12 через вход Т2 и выход Т БВВ 8 на вход Т ПЭВМ 7, в последней записывается информация, поступившая на ее 0, , N входы. По сигналу, поступившему с выхода Т АЦП 11 на вход Т ГО 12, счетчик количества измерений уровня сигнала последнего увеличивает свое состояние на единицу. И далее считывание информации из разрядов ОЗУ 9 осуществляется так же, как было описано ранее. После считывания из ОЗУ 9 заданного количества измерений уровня сигнала счетчик количества измерений уровня сигнала ГО 12 устанавливается в начальное состояние, сигналом с выхода ОЕ ГО 12 ОЗУ 9 устанавливается в режим записи, а по сигналу конца первого цикла считывания, поступившему с выхода КЦ1 ГО 12 через соответствующие входы и выходы БВВ 8 на вход ПЭВМ 7, в последнем осуществляется определение и запоминание среднего значения уровня сигнала, поступившего с выхода ЭА 5. После конца первого цикла чтения, сигналом Лог.«1», поступившим с выхода КА ГО 12 на вход КА СВЧ-переключателя 4, последний переключает через Y-циркулятор 3 выход ИА 2 к входу приемопередатчика 1. Далее работа устройства, реализующего способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции, осуществляется так же, как было описано ранее. После считывания информации из ОЗУ 9 по сигналу конца второго цикла, поступившему с выхода КЦ2 ГО 12 через соответствующие вход и выход БВВ 8 на вход КЦ2 ПЭВМ7, в последней осуществляется сравнение результатов измерения уровня сигналов измерительной и эталонной антенн, и результат сравнения отображается на экране дисплея ПЭВМ 7.

Для технической реализации измерительного блока использованы оперативное запоминающее устройство типа KM 68257CJ-15 фирмы SEC, программируемая пользователем логическая интегральная схема (ППЛИС) типа Virtex 2 2v2000FG676 фирмы Xilinx, и аналогово-цифровой преобразователь АЦП выполнен на следующих микросхемах: КР142ЕН5А, КР1162ЕН5А, КР1533АП5, AD817AN, REF191GP(GS), AD586JR, AD826AN(AR), AD876AR, установленных на плате, помещенной в защитный кожух.

Способ измерения коэффициента усиления антенны РЛС основан на сравнении в измерительном блоке в автоматическом режиме мощности сигнала, излученного передатчиком РЛС, рассеянного пространственно-распределенной целью и принимаемого поочередно измерительной антенной и эталонной антенной с известным КУ.

Таким образом, способ измерения коэффициента усиления антенны РЛС по сравнению с прототипом осуществляет измерения КУ в автоматическом режиме на основе аппаратно-программных средств, что повышает точность измерения коэффициента усиления антенны.