RU2764000C1 - Method for forming a directional diagram - Google Patents

Method for forming a directional diagram Download PDF

Info

Publication number
RU2764000C1
RU2764000C1 RU2021109004A RU2021109004A RU2764000C1 RU 2764000 C1 RU2764000 C1 RU 2764000C1 RU 2021109004 A RU2021109004 A RU 2021109004A RU 2021109004 A RU2021109004 A RU 2021109004A RU 2764000 C1 RU2764000 C1 RU 2764000C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation pattern
beams
antenna array
narrowed
rays
Prior art date
Application number
RU2021109004A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Задорожный
Александр Юрьевич Ларин
Алексей Вадимович Литвинов
Андрей Сергеевич Помысов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2021109004A priority Critical patent/RU2764000C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2764000C1 publication Critical patent/RU2764000C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: antenna technology.
SUBSTANCE: invention relates to antenna technology and is intended for constructing a narrow radiation pattern in receiving phased antenna arrays. Essence: in the method, a signal is received by means of an antenna array, if necessary, narrowing the radiation pattern in the horizontal plane, the left RL and right RR rays of the radiation pattern are formed, the SLR sum beam is calculated as the sum of the modules of the left RL and right RR rays in the form of SLR=a|RL|+b|RR|, where a+b=2, the DLR difference beam is calculated as the difference of the modules of the left RL and right RR rays in the form of DLR =|RL-RR|, after which the narrowed beam is calculated in the horizontal plane RLR in the form
Figure 00000030
, where 0<n<2. If it is necessary to narrow the radiation pattern in the vertical plane, the upper RU and lower RB rays of the radiation pattern are formed, the SUB sum beam is calculated as the sum of the modules of the upper RU and lower RB rays in the form of SUB=а'|RU|+b'|RB|, where a'+b'=2, the DUB difference beam is calculated as the modulus of the difference of the upper RU and lower RB rays in the form of DUB=|RU-RB|, after which the narrowed beam RUB in the vertical plane is calculated in the form
Figure 00000031
, where 0 <m<2. In the case of the narrowing of the radiation pattern in both planes the resulting radiation pattern is found as
Figure 00000032
, where 0<q<∞, 0≤с≤2, 0≤p≤2, с+р=2 or as
Figure 00000033
, where 1≤g≤2. In the case of the narrowing of the radiation pattern in the horizontal plane, the left and right rays of the radiation pattern are formed, proceeding from the required direction of the narrowed beam in the horizontal plane θ0, respectively, in the directions θ0-θн/2 and θ0+θн/2 by the weight summation of the outputs of all elements of the antenna array, while θн is the angle of spacing between the beams. In the case of the narrowing of the radiation pattern in the vertical plane of the upper and lower rays of the radiation pattern is formed, proceeding from the required direction of the narrowed beam in the vertical plane ϕ0, directions ϕ0+ϕV2 and ϕ0-ϕV2 by weighted summation of the outputs of all elements of the antenna array, while ϕV is the angle of spacing between the beams. To form a multbeam radiation pattern with narrowed beams, an appropriate number of pairs of beams are formed for a linear configuration of the antenna array, and for a flat configuration of the antenna array, an appropriate number of left, right, upper and lower beams are formed from which the narrowed resulting beams are formed.
EFFECT: increase in the gain of the antenna array due to the use of the entire area of the antenna array to form a radiation pattern.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения узкой диаграммы направленности (ДН) в приемных фазированных антенных решетках.The invention relates to antenna technology and is intended for constructing a narrow radiation pattern (DN) in receiving phased antenna arrays.

Известен способ формирования диаграммы направленности [1 - стр. 295, 296 - Бурдик B.C. Анализ гидроакустических систем. Л.: Судостроение, 1988], который заключается в приеме отраженного сигнала посредством антенной решетки, временной задержке выходных сигналов элементов решетки и последующем их суммировании.A known method of forming the radiation pattern [1 - pp. 295, 296 - Burdik B.C. Analysis of hydroacoustic systems. L.: Shipbuilding, 1988], which consists in receiving the reflected signal through the antenna array, the time delay of the output signals of the array elements and their subsequent summation.

Недостатком этого способа является сложность его практического воплощения, обусловленная наличием проблем технического характера, которые, в основном, связаны с необходимостью реализации большого числа стабильных, идентичных и перестраиваемых аналоговых линий задержки.The disadvantage of this method is the complexity of its practical implementation, due to the presence of technical problems, which are mainly associated with the need to implement a large number of stable, identical and tunable analog delay lines.

Также известен способ формирования диаграммы направленности [2 - Найт У.С. Придэм Р.Г. и Кей С.М. Цифровая обработка сигналов в гидролокационных системах. ТИИЭР, т. 69, N 11, 1981, с. 107], который заключается в приеме сигнала S(t) посредством плоской антенной решетки, дискретизации выходных сигналов элементов антенной решетки, двухступенчатом формировании лучей диаграммы направленности раздельно в азимутальной и угломестной плоскостях. Согласно данному способу, выходной сигнал xmn(t) произвольного элемента с номером (т, п) антенной решетки размером M*N элементов посредством дискретизации с частотой Fдl преобразуется во временной ряд хmn(iТд) отсчетов (где i - номер отсчета), т.е. выборок xmn(t), взятых с шагом дискретизации Tд=(Fд)-1. Формирование лучей диаграммы направленности в известном способе основано на компенсации временных задержек между моментами поступления фронта принимаемой волны на элементы решетки раздельно в азимутальной и угломестной плоскостях, путем задержки выборок xmn(iTд) на время, кратное Тд. При этом выходной сигнал b(iTд) любого луча из формируемого набора лучей диаграммы направленности также представляет собой временной ряд.Also known is a method of forming a radiation pattern [2 - Knight W.S. Pridem R.G. and Kay S.M. Digital signal processing in sonar systems. TIER, vol. 69, N 11, 1981, p. 107], which consists in receiving the signal S(t) by means of a flat antenna array, sampling the output signals of the antenna array elements, two-stage formation of beams of the radiation pattern separately in the azimuth and elevation planes. According to this method, the output signal x mn (t) of an arbitrary element with the number (t, n) of the antenna array with a size of M*N elements is converted into a time series x mn (iTd) of samples by sampling with a frequency Fd l (where i is the sample number) , i.e. samples x mn (t), taken with a sampling step Td=(F d ) -1 . The formation of beams of the radiation pattern in the known method is based on the compensation of time delays between the moments of arrival of the front of the received wave on the array elements separately in the azimuthal and elevation planes, by delaying the samples x mn (iTd) for a time multiple of Td. In this case, the output signal b(iTd) of any beam from the generated set of beams of the radiation pattern also represents a time series.

Недостатком этого способа является ограниченная точность формирования диаграммы направленности. Ограничение точности связано с тем, что данный способ допускает формирование только "синхронных" лучей диаграммы направленности, т.е. таких, для которых значения времен задержки прихода фронта принимаемой волны кратны шагу дискретизации Тд.The disadvantage of this method is the limited accuracy of beamforming. The limitation of accuracy is due to the fact that this method allows the formation of only "synchronous" beams of the radiation pattern, i.e. those for which the values of the arrival delay times of the front of the received wave are multiples of the sampling step Td.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ формирования диаграммы направленности [3 - патент США 6921096 G01S 3/28, 2000], принятый в качестве прототипа, который заключается в делении излучателей антенной решетки на несколько идентичных подрешеток, содержащих, как минимум, один излучатель, первая пара подрешеток расположена по сторонам от первой оси антенной решетки Y, вторая пара подрешеток расположена по сторонам второй оси антенной решетки X, при этом угол между осями X и Y не равен нулю, вычисляют сумму сигналов с выходов излучателей первой RL и второй RR подрешеток из первой пары подрешеток и сумму сигналов с выходов излучателей третьей RU и четвертой RB подрешеток из второй пары подрешеток, вычисляют первый суммарный луч как сумму модулей SLR=a|RL|+b|RR|, где a+b=2, второй суммарный луч как сумму модулей SUB=а'|RU|+b'|RB|, где a'+b'=2, первый разностный луч как модуль разности DLR=|RL-RR|, второй разностный луч как модуль разности DUB=|RU-RB|.The closest in technical essence to the invention is a method for forming a radiation pattern [3 - US patent 6921096 G01S 3/28, 2000], adopted as a prototype, which consists in dividing the radiators of the antenna array into several identical subarrays containing at least one radiator , the first pair of subarrays is located on the sides of the first axis of the antenna array Y, the second pair of subarrays is located on the sides of the second axis of the antenna array X, while the angle between the X and Y axes is not equal to zero, the sum of the signals from the outputs of the emitters of the first R L and the second R is calculated R sub-arrays from the first pair of sub-arrays and the sum of signals from the outputs of the emitters of the third R U and fourth R B sub-arrays from the second pair of sub-arrays, calculate the first total beam as the sum of modules S LR =a|R L |+b|R R |, where a+ b=2, the second sum beam as the sum of modules S UB =a'|R U |+b'|R B |, where a'+b'=2, the first difference beam as the modulus of difference D LR =|R L -R R |, the second difference ray as the modulus of the difference D UB =|R U -R B |.

Вычисляют суженный луч в первой плоскости как

Figure 00000001
, где 0<n<2, суженный луч во второй плоскости как
Figure 00000002
, где 0<m<2. Вычисляют результирующий луч как
Figure 00000003
, где 0<q<∞, 0≤с≤2, 0≤р≤2, с+р=2, или как
Figure 00000004
, где 1≤g≤2.Calculate the narrowed beam in the first plane as
Figure 00000001
, where 0<n<2, narrowed beam in the second plane as
Figure 00000002
, where 0<m<2. Calculate the resulting ray as
Figure 00000003
, where 0<q<∞, 0≤c≤2, 0≤p≤2, c+p=2, or as
Figure 00000004
, where 1≤g≤2.

Для случая линейной решетки используются две идентичные подрешетки, для которых вычисляют сумму сигналов с выходов излучателей первой RL и второй RR подрешеток, суммарный луч находят как сумму модулей S=а|RL|+b|RR|, где а+b=2, разностный луч находят как модуль разности D=|RL-RR|, а суженный луч вычисляется как

Figure 00000005
, где 0<n<∞.For the case of a linear grating, two identical sublattices are used, for which the sum of the signals from the outputs of the emitters of the first R L and the second R R sublattices is calculated, the total beam is found as the sum of the modules S=a|R L |+b|R R |, where a+b =2, the difference beam is found as the modulus of the difference D=|R L -R R |, and the narrowed beam is calculated as
Figure 00000005
, where 0<n<∞.

К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:

- использование для формирования лучей только части антенной решетки. Так, для формирования левого луча RL используется одна подрешетка (левая половина) антенной решетки, а для формирования правого луча RR - другая подрешетка (правая половина) антенной решетки, что увеличивает ширину результирующего луча и снижает коэффициент усиления. Так, при формировании суженной ДН в одной плоскости, антенная решетка делится на две подрешетки, при этом Ку уменьшается в два раза, а в случае формирования суженной ДН в двух плоскостях, антенная решетка делится на четыре подрешетки, при этом Ку уменьшается в четыре раза;- use for the formation of rays only part of the antenna array. So, to form the left beam RL , one subarray (left half) of the antenna array is used, and to form the right beam RR , another subarray (right half) of the antenna array is used, which increases the width of the resulting beam and reduces the gain. So, when a narrowed pattern is formed in one plane, the antenna array is divided into two sub-arrays, while K y decreases by a factor of two, and in the case of a narrowed pattern in two planes, the antenna array is divided into four sub-arrays, while K y decreases by four times;

- невозможность формирования многолучевой ДН с независимо управляемыми лучами, так как формирование лучей осуществляется простым суммированием сигналов с подрешеток. Однако в современных системах связи и радиолокации часто требуется создание многолучевых ДН, например, в виде веера лучей.- the impossibility of forming a multi-beam pattern with independently controlled beams, since the beams are formed by simply summing the signals from the sub-arrays. However, modern communication and radar systems often require the creation of multibeam RPs, for example, in the form of a fan of beams.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение формирования многолучевой ДН с независимым управлением лучами.The technical problem to be solved by the present invention is to ensure the formation of a multi-beam pattern with independent beam control.

Для решения указанной технической проблемы предлагается способ формирования диаграммы направленности, при котором принимают сигнал посредством антенной решетки, при необходимости сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости формируют левый RL и правый RR лучи диаграммы направленности, вычисляют суммарный луч SLR как сумму модулей левого RL и правого RR лучей в виде SLR=a|RL|+b|RR|, где a+b=2, вычисляют разностный луч DLR как модуль разности левого RL и правого RR лучей в виде DLR=|RL-RR|, после чего вычисляют суженный луч в горизонтальной плоскости RLR в виде

Figure 00000006
, где 0<n<2, в случае необходимости сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости, формируют верхний RU и нижний RB лучи диаграммы направленности, вычисляют суммарный луч SUB как сумму модулей верхнего RU и нижнего RB лучей в виде SUB=a'|RU|+b'|RB|, где a'+b'=2, вычисляют разностный луч DUB как модуль разности верхнего RU и нижнего RB лучей в виде DUB=|RU-RB|, после чего вычисляют суженный луч RUB в вертикальной плоскости в виде
Figure 00000007
, где 0<m<2, в случае сужения диаграммы направленности в обеих плоскостях находят результирующую диаграмму направленности как
Figure 00000008
, где 0<q<∞, 0≤с≤2, 0≤р≤2, с+р=2 или как
Figure 00000009
, где 1≤g≤2.To solve this technical problem, a method for forming a radiation pattern is proposed, in which a signal is received by means of an antenna array, if it is necessary to narrow the radiation pattern in the horizontal plane, the left R L and right R R beams of the radiation pattern are formed, the total beam S LR is calculated as the sum of the modules of the left R L and right R R rays in the form S LR =a|R L |+b|R R |, where a+b=2, calculate the difference ray D LR as the modulus of the difference of the left R L and right R R rays in the form D LR = |R L -R R |, after which the narrowed beam in the horizontal plane R LR is calculated as
Figure 00000006
, where 0<n<2, if it is necessary to narrow the radiation pattern in the vertical plane, form the upper R U and lower R B beams of the radiation pattern, calculate the total beam S UB as the sum of the modules of the upper R U and lower R B beams in the form S UB =a'|R U |+b'|R B |, where a'+b'=2, calculate the difference ray D UB as the modulus of the difference between the upper R U and lower R B rays in the form D UB =|R U -R B |, after which the narrowed beam R UB is calculated in the vertical plane in the form
Figure 00000007
, where 0<m<2, in the case of narrowing of the radiation pattern in both planes, the resulting radiation pattern is found as
Figure 00000008
, where 0<q<∞, 0≤c≤2, 0≤p≤2, c+p=2 or as
Figure 00000009
, where 1≤g≤2.

Согласно изобретению, в случае сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости левый и правый лучи диаграммы направленности формируют, исходя из требуемого направления суженного луча в горизонтальной плоскости θ0, соответственно в направлениях θ0-θн/2 и θ0+θн/2 путем весового суммирования сигналов с выходов всех элементов антенной решетки, при этом θн - угол разноса между лучами, в случае сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости верхний и нижний лучи диаграммы направленности формируют, исходя из требуемого направления суженного луча в вертикальной плоскости ϕ0, в направлениях ϕ0+ϕV/2 и ϕ0-ϕV/2 путем взвешенного суммирования сигналов с выходов всех элементов антенной решетки, при этом ϕV - угол разноса между лучами, для формирования многолучевой диаграммы направленности с суженными лучами для линейной конфигурации антенной решетки формируют соответствующее количество пар лучей, а для плоской конфигурации антенной решетки соответствующее количество левых, правых, верхних и нижних лучей, из которых формируют суженные результирующие лучи.According to the invention, in the case of narrowing the radiation pattern in the horizontal plane, the left and right rays of the radiation pattern are formed based on the required direction of the narrowed beam in the horizontal plane θ 0 , respectively, in the directions θ 0 -θ n /2 and θ 0 +θ n /2 by weighted summation of signals from the outputs of all elements of the antenna array, while θ n is the separation angle between the beams, in the case of a narrowing of the radiation pattern in the vertical plane, the upper and lower rays of the radiation pattern are formed based on the required direction of the narrowed beam in the vertical plane ϕ 0 , in the directions ϕ 0 +ϕ V /2 and ϕ 0 -ϕ V /2 by weighted summation of signals from the outputs of all elements of the antenna array, while ϕ V is the separation angle between the beams, to form a multipath radiation pattern with narrowed beams for a linear configuration of the antenna array form the corresponding number of pairs of beams, and for a flat configuration of the antenna array, the corresponding the number of left, right, upper and lower beams from which the narrowed resulting beams are formed.

Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение коэффициента усиления антенной решетки за счет использования для формирования диаграммы направленности всей площади антенной решетки.The technical result of the proposed method is to increase the gain of the antenna array by using the entire area of the antenna array to form the radiation pattern.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:The comparative analysis of the claimed method and the prototype shows that their difference is as follows:

- в прототипе формирование лучей осуществляется суммированием сигналов с части антенной решетки, для этого производится деление антенной решетки на подрешетки, для линейной конфигурации решетки - на две подрешетки, левую и правую, для прямоугольной или иной конфигурации антенной решетки - на четыре подрешетки - левую, правую, верхнюю и нижнюю, в предлагаемом способе для формирования лучей используется весовое суммирование сигналов со всей антенной решетки, при этом для линейной решетки формируются два независимых луча - правый и левый, максимумы которых разнесены путем применения соответствующих весовых коэффициентов на угол θн, а для прямоугольной или иной конфигурации антенной решетки кроме правого и левого лучей формируются дополнительные верхний и нижний лучи, максимумы которых путем применения соответствующих весовых коэффициентов разнесенные на угол ϕV;- in the prototype, the formation of rays is carried out by summing the signals from part of the antenna array, for this the antenna array is divided into sub-arrays, for a linear array configuration - into two sub-arrays, left and right, for a rectangular or other configuration of the antenna array - into four sub-arrays - left, right , upper and lower, in the proposed method for the formation of beams, the weight summation of signals from the entire antenna array is used, while for a linear array two independent beams are formed - right and left, the maxima of which are spaced apart by applying the appropriate weighting coefficients by an angle θ n , and for a rectangular array or another configuration of the antenna array, in addition to the right and left beams, additional upper and lower beams are formed, the maxima of which, by applying the appropriate weighting factors, are spaced apart by an angle ϕ V ;

- поскольку в прототипе формирование лучей осуществляется простым суммированием сигналов с подрешеток, то отсутствует возможность создания многолучевой ДН с независимо управляемыми лучами. В то время как в предлагаемом устройстве формирование лучей осуществляется весовым суммированием сигналов со всех элементов антенной решетки, поэтому при использовании соответствующих весовых коэффициентов возможно создание многолучевой ДН с независимым управлением лучами.- since in the prototype the formation of rays is carried out by a simple summation of signals from the sublattices, there is no possibility of creating a multi-beam DN with independently controlled beams. While in the proposed device, the formation of beams is carried out by weight summation of signals from all elements of the antenna array, therefore, using the appropriate weighting factors, it is possible to create a multi-beam DN with independent beam control.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа формирования ДН из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinguishing features and properties of the proposed method for the formation of DN from the literature is not known, so it meets the criteria of novelty and inventive step.

На фигуре приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The figure shows a block diagram of a device that implements the proposed method.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:When implementing the proposed method, the following sequence of actions is performed:

- принимают сигнал посредством антенной решетки, при необходимости сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости формируют левый RL и правый RR лучи диаграммы направленности, вычисляют суммарный луч SLR как сумму модулей левого RL и правого RR лучей в виде SLR=a|RL|+b|RR|, где а+b=2, вычисляют разностный луч DLR как модуль разности левого RL и правого RR лучей в виде DLR=|RL-RR|, после чего вычисляют суженный луч в горизонтальной плоскости RLR в виде

Figure 00000010
, где 0<n<2 - 1;- receiving a signal via an antenna array when needed narrowing the directivity pattern in a horizontal plane is formed Left R L and right R R rays directivity pattern is calculated total beam S LR as the sum of the moduli of the left R L and right R R rays as S LR = a | R L |+b|R R |, where a+b=2, calculate the difference beam D LR as the modulus of the difference between the left R L and right R R beams in the form D LR =|R L -R R |, after which the narrowed ray in the horizontal plane R LR in the form
Figure 00000010
, where 0<n<2 - 1;

- в случае необходимости сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости, формируют верхний RU и нижний RB лучи диаграммы направленности, вычисляют суммарный луч SUB как сумму модулей верхнего RU и нижнего RB лучей в виде SUB=a'|RU|+b'|RB|, где a'+b'=2, вычисляют разностный луч DUB как модуль разности верхнего RU и нижнего RB лучей в виде DUB=|RU-RB|, после чего вычисляют суженный луч RUB в вертикальной плоскости в виде

Figure 00000011
, где 0<m<2 - 2;- if it is necessary to narrow the radiation pattern in the vertical plane, form the upper R U and lower R B rays of the radiation pattern, calculate the total beam S UB as the sum of the modules of the upper R U and lower R B rays in the form S UB =a'|R U | +b'|R B |, where a'+b'=2, calculate the difference beam D UB as the modulus of the difference between the upper R U and lower R B beams in the form D UB =|R U -R B |, after which the narrowed ray R UB in the vertical plane as
Figure 00000011
, where 0<m<2 - 2;

- в случае сужения диаграммы направленности в обеих плоскостях находят результирующую диаграмму направленности как

Figure 00000012
, где 0<q<∞, 0≤с≤2, 0≤р≤2, с+р=2 или как
Figure 00000013
, где 1≤g≤2 - 3;- in the case of a narrowing of the radiation pattern in both planes, the resulting radiation pattern is found as
Figure 00000012
, where 0<q<∞, 0≤c≤2, 0≤p≤2, c+p=2 or as
Figure 00000013
, where 1≤g≤2 - 3;

- в случае сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости левый и правый лучи диаграммы направленности формируют, исходя из требуемого направления суженного луча в горизонтальной плоскости θ0, соответственно в направлениях θo-θн/2 и θо+θн/2 путем весового суммирования сигналов с выходов всех элементов антенной решетки, при этом θн - угол разноса между лучами - 4;- in the case of a narrowing of the radiation pattern in the horizontal plane, the left and right beams of the radiation pattern are formed based on the required direction of the narrowed beam in the horizontal plane θ 0 , respectively, in the directions θ o -θ n /2 and θ o +θ n /2 by weight summation signals from the outputs of all elements of the antenna array, while θ n - the separation angle between the beams - 4;

в случае сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости верхний и нижний лучи диаграммы направленности формируют, исходя из требуемого направления суженного луча в вертикальной плоскости ϕ0, в направлениях ϕ0+ϕV/2 и ϕ0-ϕV/2 путем взвешенного суммирования сигналов с выходов всех элементов антенной решетки, при этом ϕV - угол разноса между лучами - 5;in the case of a narrowing of the radiation pattern in the vertical plane, the upper and lower beams of the radiation pattern are formed, based on the required direction of the narrowed beam in the vertical plane ϕ 0 , in the directions ϕ 0 +ϕ V /2 and ϕ 0 -ϕ V /2 by weighted summation of signals from outputs of all elements of the antenna array, with ϕ V - separation angle between the beams - 5;

- для формирования многолучевой диаграммы направленности с суженными лучами для линейной конфигурации антенной решетки формируют соответствующее количество пар лучей, а для плоской конфигурации антенной решетки соответствующее количество левых, правых, верхних и нижних лучей, из которых формируют суженные результирующие лучи - 6.- to form a multipath radiation pattern with narrowed beams for a linear configuration of the antenna array, an appropriate number of pairs of beams is formed, and for a flat configuration of the antenna array, the corresponding number of left, right, upper and lower beams, from which the resulting narrowed beams are formed - 6.

Вариант приемной антенной решетки (АР), реализующий предложенный способ, включает в себя (фигура) М приемных каналов 1, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные антенный элемент (АЭ) 2, радиоприемник (РП) 3 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, вход дискретизации которого соединен с одним из выходов генератора сигнала дискретизации (Г) 5, а выход данных соединен с одним из входов данных устройства цифровой обработки (УЦОС) 6, выход которого является выходом устройства.A variant of the receiving antenna array (AR) that implements the proposed method includes (figure) M receiving channels 1, each of which includes a series-connected antenna element (AE) 2, a radio receiver (RP) 3 and an analog-to-digital converter (ADC) ) 4, the sampling input of which is connected to one of the outputs of the sampling signal generator (G) 5, and the data output is connected to one of the data inputs of the digital processing device (DSP) 6, the output of which is the output of the device.

РП 3 для работы устройства в диапазоне метровых волн может быть выполнен в виде полосового фильтра и усилителя. В более высокочастотном диапазоне в состав РП 3 дополнительно входят смеситель и гетеродин. При этом могут быть использованы узлы, например, из [4 - стр. 142-143. Mini-Circuits. RF & Microwave components guide. 2010].RP 3 for operation of the device in the range of meter waves can be made in the form of a band-pass filter and an amplifier. In a higher frequency range, RP 3 additionally includes a mixer and a local oscillator. In this case, nodes can be used, for example, from [4 - pp. 142-143. Mini Circuits. RF & Microwave components guide. 2010].

Г 5 представляет синтезатор частоты, обеспечивающий формирование сигнала дискретизации Fд. При этом может быть использован, например, синтезатор из [4 - стр. 142-143]. Сигнал синтезатора разветвляется на М выходов с помощью делителей мощности [4 - стр. 136-140].G 5 represents a frequency synthesizer that provides the formation of a sampling signal Fd. In this case, for example, a synthesizer from [4 - pp. 142-143] can be used. The synthesizer signal is branched into M outputs using power dividers [4 - pp. 136-140].

УЦОС 6 представляет собой ЭВМ, обеспечивающую обработку отсчетов сигнала по заданному алгоритму.UTSOS 6 is a computer that provides processing of signal samples according to a given algorithm.

Для реализации предлагаемого способа выполняют следующие действия, реализуемые в устройстве на фигуре.To implement the proposed method, the following steps are performed, implemented in the device in the figure.

АЭ 2 каждого приемного канала 1 преобразует энергию электромагнитного поля в энергию токов высокой частоты, поступающих на вход РП 3, где осуществляется усиление принятого сигнала, и, при необходимости, преобразование частоты и демодуляция. Выходной сигнал РП 3 поступает на вход АЦП 4, на выходе которого формируется последовательность цифровых отсчетов принимаемого сигнала, снимаемых с частотой, задаваемой генератором сигнала дискретизации (Г) 5 Smn(t).AE 2 of each receiving channel 1 converts the energy of the electromagnetic field into the energy of high-frequency currents supplied to the input of the RP 3, where the received signal is amplified, and, if necessary, frequency conversion and demodulation. The output signal of the RP 3 is fed to the input of the ADC 4, the output of which is formed by a sequence of digital samples of the received signal, taken at a frequency specified by the sampling signal generator (G) 5 S mn (t).

Из полученных цифровых отсчетов формируют многолучевую ДН путем весового суммирования в УЦОС 6. Количество формируемых лучей определяется необходимым количеством суженных лучей.From the obtained digital readings, a multibeam DN is formed by weight summation in the UDC 6. The number of generated beams is determined by the required number of narrowed beams.

Для случая плоской прямоугольной АФАР, апертура которой содержит Nx АЭ 2, установленных вдоль координаты X на расстоянии dx, и Ny АЭ 2, установленных вдоль координаты Y, на расстоянии dy, отсчеты i-го луча, с направлением максимума ϕi,θi вычисляются путем умножения цифрового потока с каждого приемного канала 1 на весовой множитель Wmn{(ϕi,θi) и суммирования. Диаграмма направленности (ДН) для i-го луча R(ϕi,θi) определяется как [5 - стр. 27-28, Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию. Киев. 2000 г. - 420 с.]:For the case of a flat rectangular APAR, the aperture of which contains N x AE 2, installed along the X coordinate at a distance d x , and N y AE 2, installed along the Y coordinate, at a distance d y , readings of the i-th beam, with the maximum direction ϕ i ,θ i are calculated by multiplying the digital stream from each receiving channel 1 by the weight factor W mn {(ϕ i ,θ i ) and summing. The radiation pattern (DN) for the i-th beam R(ϕ i ,θ i ) is defined as [5 - pp. 27-28, Kuzmin S.Z. Digital radar. Introduction to theory. Kiev. 2000 - 420 p.]:

Figure 00000014
Figure 00000014

где

Figure 00000015
where
Figure 00000015

При необходимости сужения ДН в горизонтальной плоскости формируют левый RL и правый RR лучи ДН по выражению (1), исходя из требуемого направления суженного луча в горизонтальной плоскости θo, соответственно в направлениях θL=θo-θн/2 и θн=θо+θн/2, где θн - угол разноса между лучами, равный ширине левого и правого луча ДН в горизонтальной плоскости.If necessary, Nam constriction in the horizontal plane form the left and right R L R R Nam rays by the expression (1) based on the desired direction of beam narrowed in the horizontal plane θ o, respectively in the directions of θ L = θ n -θ o / 2 and θ n =θ o +θ n /2, where θ n is the separation angle between the beams, equal to the width of the left and right DN beams in the horizontal plane.

Вычисляют суммарный луч SLR как сумму модулей левого RL и правого RR лучей в виде SLR=a|RL|+b|RR|, где a+b=2, вычисляют разностный луч DLR как модуль разности левого RL и правого RR лучей в виде DLR=|RL-RR|, после чего вычисляют суженный луч в горизонтальной плоскости RLR в видеThe total beam S LR is calculated as the sum of the moduli of the left RL and right R R beams in the form S LR =a|R L |+b|R R |, where a+b=2, the difference beam D LR is calculated as the modulus of the difference of the left R L and right R R beams in the form D LR =|R L -R R |, after which the narrowed beam in the horizontal plane R LR is calculated in the form

Figure 00000016
Figure 00000016

где 0<n<2.where 0<n<2.

В случае необходимости сужения ДН в вертикальной плоскости, формируют верхний RU и нижний RB лучи ДН по выражению (1), исходя из требуемого направления суженного луча в вертикальной плоскости ϕ0, в направлениях ϕU=ϕo+ϕV/2 и ϕB=ϕ0-ϕV/2, где ϕV - угол разноса между лучами, равный ширине верхнего и нижнего луча ДН в вертикальной плоскости.If it is necessary to narrow the DN in the vertical plane, the upper R U and lower R B beams of the DN are formed according to expression (1), based on the required direction of the narrowed beam in the vertical plane ϕ 0 , in the directions ϕ U =ϕ o +ϕ V /2 and ϕ B =ϕ 0 -ϕ V /2, where ϕ V is the separation angle between the beams, equal to the width of the upper and lower DN beams in the vertical plane.

Вычисляют суммарный луч SUB как сумму модулей верхнего RU и нижнего RB лучей в видеThe total beam S UB is calculated as the sum of the modules of the upper R U and lower R B beams in the form

SUB=a'|RU|+b'|RB|,S UB =a'|R U |+b'|R B |,

где a'+b'=2,where a'+b'=2,

вычисляют разностный луч DUB как модуль разности верхнего RU и нижнего RB лучей в виде DUB=|RU-RB|, после чего вычисляют суженный луч RUB в вертикальной плоскости в видеthe difference beam D UB is calculated as the modulus of the difference of the upper R U and lower R B beams in the form D UB =|R U -R B |, after which the narrowed beam R UB in the vertical plane is calculated in the form

Figure 00000017
Figure 00000017

где 0<m<2.where 0<m<2.

В случае сужения ДН в обеих плоскостях находят суженный луч результирующей ДН какIn the case of narrowing of the RP in both planes, the narrowed beam of the resulting RP is found as

Figure 00000018
Figure 00000018

где 0<q<∞, 0≤с≤2, 0≤р≤2, с+р=2where 0<q<∞, 0≤с≤2, 0≤р≤2, с+р=2

или какor how

Figure 00000019
Figure 00000019

где 1≤g≤2.where 1≤g≤2.

Для формирования многолучевой ДН, содержащей К суженных лучей в случае линейной конфигурации антенной решетки, формируют по выражению (1) соответствующее количество пар лучей, равное количеству суженных лучей многолучевой ДН в требуемых направлениях. В случае плоской конфигурации антенной решетки формируют по выражению (1) соответствующее количество левых, правых, верхних и нижних лучей, из которых формируются суженные результирующие лучи в требуемых направлениях.To form a multi-beam RP containing K narrowed beams in the case of a linear configuration of the antenna array, an appropriate number of pairs of beams is formed according to expression (1), equal to the number of narrowed beams of the multi-beam RP in the required directions. In the case of a flat configuration of the antenna array, the corresponding number of left, right, upper and lower beams is formed according to expression (1), from which narrowed resulting beams are formed in the required directions.

Сформированные отсчеты К суженных лучей с выхода УЦОС 6 передаются на выход устройства.The generated readings To the narrowed beams from the output of the UTsOS 6 are transmitted to the output of the device.

Моделирование показывает, что способ обеспечивает сужение ДН не менее 2 раз при значениях m=1, q=1 и не менее 10 раз при значениях m=1, q=0,5.Modeling shows that the method provides narrowing of the DN at least 2 times for m=1, q=1 and at least 10 times for m=1, q=0.5.

Предлагаемый способ обеспечивает формирование многолучевой ДН с суженными лучами и возможностью независимой перестройки направления этих лучей, в то время как в прототипе формируется ДН только с одним неподвижным суженным лучом.The proposed method provides the formation of a multi-beam pattern with narrowed beams and the possibility of independent restructuring of the direction of these rays, while in the prototype, a pattern is formed with only one fixed narrowed beam.

Предлагаемый способ обеспечивает увеличение коэффициента усиления ДН Ку, по сравнению с прототипом, поскольку формирование лучей производится со всей антенной решетки, в то время как в прототипе для формирования лучей используются отдельные подрешетки, площадь которых меньше площади всей антенной решетки. Так, в прототипе при формировании суженной ДН в одной плоскости, антенная решетка делится на две подрешетки, при этом Ку уменьшается в два раза, а в случае формирования суженной ДН в двух плоскостях, антенная решетка делится на четыре подрешетки, при этом Ку уменьшается в четыре раза.The proposed method provides an increase in the gain DN K y compared to the prototype, since the beams are formed from the entire antenna array, while in the prototype beams are formed using separate sub-arrays, the area of \u200b\u200bwhich is less than the area of the entire antenna array. So, in the prototype, when forming a narrowed pattern in one plane, the antenna array is divided into two sub-arrays, while K y decreases by half, and in the case of the formation of a narrowed pattern in two planes, the antenna array is divided into four sub-arrays, while K y decreases four times.

Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете антенной решетки. Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.The performance of the proposed method was tested on a mock-up antenna array. Tests showed the coincidence of the obtained characteristics with the calculated ones.

Claims (1)

Способ формирования диаграммы направленности, при котором принимают сигнал посредством антенной решетки, при необходимости сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости формируют левый RL и правый RR лучи диаграммы направленности, вычисляют суммарный луч SLR как сумму модулей левого RL и правого RR лучей в виде SLR=a|RL|+b|RR|, где а+b=2, вычисляют разностный луч DLR как модуль разности левого RL и правого RR лучей в виде DLR=|RL-RR|, после чего вычисляют суженный луч в горизонтальной плоскости RLR в виде
Figure 00000020
, где 0<n<2, в случае необходимости сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости формируют верхний RU и нижний RB лучи диаграммы направленности, вычисляют суммарный луч SUB как сумму модулей верхнего RU и нижнего RB лучей в виде SUB=a'|RU|+b'|RB|, где a'+b'=2, вычисляют разностный луч DUB как модуль разности верхнего RU и нижнего RB лучей в виде DUB=|RU-RB|, после чего вычисляют суженный луч RUB в вертикальной плоскости в виде
Figure 00000021
, где 0<m<2, в случае сужения диаграммы направленности в обеих плоскостях находят результирующую диаграмму направленности как
Figure 00000022
, где 0<q<∞, 0≤с≤2, 0≤р≤2, с+р=2 или как
Figure 00000023
, где 1≤g≤2, отличающийся тем, что в случае сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости левый и правый лучи диаграммы направленности формируют, исходя из требуемого направления суженного луча в горизонтальной плоскости θ0, соответственно в направлениях θ0-θН/2 и θ0+θН/2 путем весового суммирования сигналов с выходов всех элементов антенной решетки, при этом θН – угол разноса между лучами, в случае сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости верхний и нижний лучи диаграммы направленности формируют, исходя из требуемого направления суженного луча в вертикальной плоскости ϕ0, в направлениях ϕ0+ϕV/2 и ϕ0-ϕV/2 путем взвешенного суммирования сигналов с выходов всех элементов антенной решетки, при этом ϕV – угол разноса между лучами, для формирования многолучевой диаграммы направленности с суженными лучами для линейной конфигурации антенной решетки формируют соответствующее количество пар лучей, а для плоской конфигурации антенной решетки – соответствующее количество левых, правых, верхних и нижних лучей, из которых формируют суженные результирующие лучи.A method for forming a radiation pattern, in which a signal is received by means of an antenna array, if it is necessary to narrow the radiation pattern in the horizontal plane, the left RL and right R R beams of the radiation pattern are formed, the total beam S LR is calculated as the sum of the modules of the left RL and right R R beams in in the form S LR =a|R L |+b|R R |, where a+b=2, calculate the difference beam D LR as the modulus of the difference between the left RL and right R R beams in the form D LR =|R L -R R |, after which the narrowed beam in the horizontal plane R LR is calculated in the form
Figure 00000020
, where 0<n<2, if it is necessary to narrow the radiation pattern in the vertical plane, form the upper R U and lower R B beams of the radiation pattern, calculate the total beam S UB as the sum of the modules of the upper R U and lower R B beams in the form S UB = a'|R U |+b'|R B |, where a'+b'=2, calculate the difference ray D UB as the modulus of the difference between the upper R U and lower R B rays in the form D UB =|R U -R B |, after which the narrowed beam R UB is calculated in the vertical plane in the form
Figure 00000021
, where 0<m<2, in the case of narrowing of the radiation pattern in both planes, the resulting radiation pattern is found as
Figure 00000022
, where 0<q<∞, 0≤c≤2, 0≤p≤2, c+p=2 or as
Figure 00000023
, where 1≤g≤2, characterized in that in the case of narrowing the radiation pattern in the horizontal plane, the left and right beams of the radiation pattern are formed based on the required direction of the narrowed beam in the horizontal plane θ 0 , respectively, in the directions θ 0 -θ H /2 and θ 0 + θ H /2 by weight summing the signals from the outputs of all elements of the antenna array, while θ H is the separation angle between the beams, in the case of a narrowing of the radiation pattern in the vertical plane, the upper and lower beams of the radiation pattern are formed based on the required direction of the narrowed beam in the vertical plane ϕ 0 , in the directions ϕ 0 + ϕ V /2 and ϕ 0 -ϕ V / 2 by weighted summation of signals from the outputs of all elements of the antenna array, while ϕ V is the separation angle between the beams, to form a multi-beam radiation pattern with narrowed beams for a linear configuration of the antenna array, the corresponding number of pairs of beams is formed, and for a flat configuration of the antenna array - the corresponding number of left, right, upper and lower beams, from which the narrowed resulting beams are formed.
RU2021109004A 2021-04-01 2021-04-01 Method for forming a directional diagram RU2764000C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109004A RU2764000C1 (en) 2021-04-01 2021-04-01 Method for forming a directional diagram

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109004A RU2764000C1 (en) 2021-04-01 2021-04-01 Method for forming a directional diagram

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2764000C1 true RU2764000C1 (en) 2022-01-12

Family

ID=80040240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021109004A RU2764000C1 (en) 2021-04-01 2021-04-01 Method for forming a directional diagram

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2764000C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106728C1 (en) * 1996-11-22 1998-03-10 Мануилов Борис Дмитриевич Method for joined generation of zeros in total and differential beam patterns of single-pulse antenna arrays
RU2120161C1 (en) * 1997-02-05 1998-10-10 Мануилов Борис Дмитриевич Method for joint shaping of zeroes in sum and difference directivity patterns of single-pulse antenna arrays
US6084540A (en) * 1998-07-20 2000-07-04 Lockheed Martin Corp. Determination of jammer directions using multiple antenna beam patterns
RU2567120C1 (en) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array
RU2730120C1 (en) * 2020-02-07 2020-08-17 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of constructing an active phased antenna array
RU2742287C1 (en) * 2020-07-14 2021-02-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for generation of expanded beams of phased antenna array

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106728C1 (en) * 1996-11-22 1998-03-10 Мануилов Борис Дмитриевич Method for joined generation of zeros in total and differential beam patterns of single-pulse antenna arrays
RU2120161C1 (en) * 1997-02-05 1998-10-10 Мануилов Борис Дмитриевич Method for joint shaping of zeroes in sum and difference directivity patterns of single-pulse antenna arrays
US6084540A (en) * 1998-07-20 2000-07-04 Lockheed Martin Corp. Determination of jammer directions using multiple antenna beam patterns
RU2567120C1 (en) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array
RU2730120C1 (en) * 2020-02-07 2020-08-17 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of constructing an active phased antenna array
RU2742287C1 (en) * 2020-07-14 2021-02-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Method for generation of expanded beams of phased antenna array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3352299B1 (en) Wideband beam broadening for phased array antenna systems
JP5911331B2 (en) Monopulse angle measuring device and monopulse angle measuring method
RU2495447C2 (en) Beam forming method
US6906665B1 (en) Cluster beam-forming system and method
CN115728722A (en) Antenna array of 4D radar, data detection method and 4D radar
RU2764000C1 (en) Method for forming a directional diagram
JP3009624B2 (en) Filter coefficient operation device of FIR type digital filter for digital beamformer, FIR type digital filter for digital beamformer and digital beamformer
RU2662509C1 (en) Method for forming the diagrams of the direction of a receiving ring digital phase antenna array
RU2577827C1 (en) Self-focusing multibeam antenna array
US3202997A (en) Scanning corner array antenna
RU2755642C1 (en) Method for forming highly directional scanning compensation directive patterns in flat phased antenna array with spatial excitation
Wei et al. Direction of arrival estimation with uniform planar array
RU2730120C1 (en) Method of constructing an active phased antenna array
RU126519U1 (en) ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY
Liu et al. Analysis of Cantor Multi-stage Frequency Offset FDA-MIMO Beampattern Performance
JP2017146156A (en) Radar device
RU2731604C1 (en) Method of constructing a beam-forming system for an active phased antenna array
Dmitriev et al. Synthesis of Directivity Pattern for Various Antenna Arrays Configurations of Vertical Atmospheric Sensing Radar Station
JP2017161360A (en) Antenna device and radar device
RU2349996C1 (en) Compensating noise suppression method in multichannel antenna system
Lynch A Beamforming Approach for Multiport Antennas [Antenna Applications Corner]
RU2273922C1 (en) Method for separate zero generation in sum and difference directivity patterns of single-pulse phased antenna array
Ma et al. Hyper beamforming with single-sideband time-modulated phased arrays for automotive radar
RU2255396C2 (en) Method for optimizing energy of single-pulse antenna arrays using joint beam generation
CN112887040B (en) Polarization parameter estimation device and method