Цифрова широкосмугова фазована антенна решітка

Цифрова широкосмугова фазована антенна решітка (ЦШФАР), що включає М каналів прийому у складі з'єднаних послідовно антенного елемента, канального підсилювача, М канальний дискретизатор, входи якого з'єднані з виходами М каналів прийому, аналоговий мультиплексор каналів, підключений сигнальними входами до виходів М канального дискретизатора, аналого-цифровий перетворювач (АЦП) дискретизованих сигналів, підключений своїм входом до виходу аналогового мультиплексора каналів, синтезатор опорних частот та адрес, синхровихід якого "Частота дискретизації (Fд.)" з'єднаний з керуючим входом М канального дискретизатора, адресний вихід (Адр.) з'єднаний з керуючим входом "Адр." аналогового мультиплексора каналів, канал обміну, синхровходи якого "Початок обміну (Поч. обм.)", "Закінчення обміну (Зак. обм.)", "Частота обміну (Ft. обм.)" підключені до відповідних керуючих виходів синтезатора опорних частот і адрес, процесор променів, що містить М буферних приймальних зсувних регістрів, арифметичний пристрій, контролер процесора променів, що містить генератор синхроімпульсів, синхровходи якого "Початок обміну (Поч. обм.)", "Закінчення обміну (Зак. обм.)" підключені до відповідних керуючих виходів каналу обміну, а також адресний генератор, вхід якого "С" підключений до виходу "Синхроімпульс зміни номера променя "Ф4" генератора синхроімпульсів, яка відрізняється тим, що уведений кодер цілостепеневого квантування, з'єднаний входом даних з виходом АЦП, керуючим входом - з керуючим входом АЦП і підключений до виходу "Частота зміни адреси (Fт. Змін.адр.)" синтезатора опорних частот і адрес, при цьому у контролер процесора променів уведені постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) кодів наближеної - точної стабілізації, з'єднаний входом з датчиком курсу, виходом старших разрядів - з входом "Код грубої стабілізації" адресного генератора, дешифратор кодів точної стабілізації, підключений входом до виходу 2 (19) 1 3 52086 4 виходів першого й другого фазуючих фільтрів, другі входи інших m двовходових паралельних суматорів підключені відповідно до виходів інших m-2 фазуючих фільтрів, перші входи m-2 двовходових паралельних суматорів, починаючи із другого, з'єднані з виходом попереднього суматора, а вихід (m-1)-го двовходового паралельного суматора є виходом цифрової широкосмугової ФАР, при цьому канальний підсилювач кожного приймально го каналу виконаний у вигляді з'єднаних послідовно підсилювача високої частоти (ВЧ), преселектора, змішувача, фільтра проміжної частоти (ПЧ), підсилювача ПЧ, при цьому гетеродинний вхід змішувача з'єднаний з гетеродинними входами змішувачів канальних підсилювачів інших приймальних каналів і підключений до виходу "Частота гетеродина (F гтн.)" синтезатора опорних частот і адрес. Корисна модель належить до галузі антенної техніки і може знайти використання в цифрових пристроях широкосмугових фазованих антенних решіток (ФАР) різного призначення, де просторова вибірковість (променеутворення) у прийомних трактах цифрових ФАР (ЦФАР) забезпечується цифровим фазуванням канальних сигналів для заданого кута приходу та когерентним їхнім підсумовуванням після попередньої смугової фільтрації, стаціонаризації та аналого - цифрового перетворення. Відомий цифровий пристрій променеутворення ФАР для гідроакустичної станції, що містить з'єднані послідовно комутатор М=2 р+1 каналів, аналого - цифровий перетворювач (АЦП), перший помножувач, сигнальний вхід якого з'єднано з виходом АЦП, суматор, з'єднані послідовно, блок затримки, з'єднаний входом з виходом АЦП, другий помножувач, сигнальний вхід якого з'єднано з виходом блока затримки, віднімай, з'єднані послідовно, блок комплексного формування променя, підключений першим входом до виходу суматора, другим входом до виходу віднімана, другий вхід якого з'єднано з виходом першого помножувача, перший блок пам"яті коефіцієнтів, з'єднаний з другим входом другого помножувача, підключеного виходом до другого входу суматора, другий блок пам'яті коефіцієнтів, з'єднаний з другим входом першого помножувача, підключеного до другого входу віднімана. Особливістю пристрою є формування синфазної та квадратурної канальних компонент с несучою сигналу fo спеціальним вибором частоти дискретизації Fд -Fд = 4 fо / (2 р +1), при якій різниця фаз двох сусідніх відліків в одному каналі дорівнює (-1)p / 2 , з утворенням двох променів дійсного та уявного сигналів розгорнутих симетрично відносно осі антени на виході блока комплексного формування променя. Формування М комплексних, канальних променів при фазовому променеутворенні прямою згорткою вимагає виконання М2 Fд комплексних множень за період дискретизації і не прийнятне для широкосмугових систем [патент SU № 1070494. МГІК G 01 S 3/80]. Відомий пристрій ФАР. який включає М каналів прийому, антенний елемент, підсилювальний канал, фазовий детектор синфазних сигналів, фазовий детектор квадратурних сигналів, що з'єднані послідовно, генератор опорного сигналу з підключеним до мої о виходу опорного сигналу на / 2 , вихід якого «cos» підключено до об'єднаних між собою входах «Синф.» фазорозщеплювачів М каналів прийому, входи «Квадр.» фазорозщеплювачів М каналів прийому об'єднані між собою й підключені до виходу «sin» генератора опорного сигналу, процесор променів, що містить 2 М аналога - цифрових перетворювачів комплексних сигналів (у прототипі - синхронних дискретизаторів синфазного и квадратурного сигналів), з'єднаних з виходами «Синф. Вих.». «Квадр. вих.» каналів прийому, керуючий пристрій (в прототипі М блоків упорядкування відліків), арифметичний пристрій (у прототипі - М - канальний Фур'є спектроаналізатор). Галузь застосування - лінійні, одномірні, двовимірні решітки з реалізацією обчислення ДГІФ методом швидкого перетворення Фур'є (ШПФ), що скорочує кількість комплексних множень у / n 2 раз у порівнянні із прямим обчисленням згортки [патент RU № 2 035 097 МПК 1101 Q 21/00]. Відома цифрова ФАР. що забезпечує зменшення інструментальних помилок дискретизації й квантування при аналого-цифровому перетворенні сигналів переходом від 2-х канальної (синфазної й квадратурної) до одноканальної дискретизації вихідних сигналів каналів прийому. ФАР містить М каналів прийому, генератор опорного сигналу з підключеним до його виходу фазообертачем на / 2 , М упорядкованих пристроїв синфазної дискретизації, М канальний спектроаналізатор Хартлі. До недоліків цифрового променеутворення на основі швидких алгоритмів - ШПФ, ШПХ можна віднести, неможливість використання згаданого методу в широкосмугових системах, крім того, при виконанні кільцевої згортки в частотній області з 2 - кратним виконанням ШПФ і перемножуванням спектрів спостерігається нагромадження цифрового шуму, а також не еквідистантний за кутом розподіл променів, які формуються у лінійній решітці. Найбільш близькою за складом і розв'язуваним завданням є цифрова широкосмугова фазована антенна решітка (ЦШФАР) що, описана у патенті US № 4170766, МПК G 01 S 3/80. G 01 S 3/00, яка містить М приймальних каналів, М канальний дискретизатор, входи якого з'єднані з виходами М каналів прийому, аналоговий мультиплексор каналів, підключений входами до виходів М канального дискретизатора, аналого - цифровий перетворювач (АЦП) дискретизованих сигналів, підключений своїм входом до виходу аналогового мультиплексора каналів, синтезатор опорних частот і адрес (в 5 описі до патенту - тактовий генератор з генератором-синхронізатором), синхровиходи якого підключені до керуючих входів М канального дискретизатора, аналогового мультиплексора каналів, АЦП дискретизованих сигналів, канал обміну (в описі до патенту кабельний підсилювач, підключений входом до виходу АЦП, кабель зв'язку, демультиплексор цифрових даних, з'єднані послідовно), процесор променів, що містить М прийомних буферних зсувних регістрів, (в описі до патенту - М буферних запам'ятовуючих регістрів, М зсувних регістрів, з'єднаних послідовно) М входів якого з'єднані з виходами селектора цифрових сигналів, з'єднаних своїми виходами з М входами арифметичного пристрою (в описі до патенту - М цифрових фільтрів - формувачів променів), виходи якого є виходами ЦШФАР, контролер процесора променів (в описі до патенту - детектор синхросигналів, синхронізований тактовий генератор) виходи якого з'єднані з керуючими входами селектора цифрових сигналів, буферного запам'ятовуючого пристрою (ЗП), арифметичного пристрою. Пристрій ЦШФАР реалізує цифровий варіант часового методу фазування, при якому широкосмугове променеутворення забезпечується спеціальною, для кожного напрямку приходу плоскої хвилі, фазуючою, що компенсує різниці ходу променів до площини рівних фаз, часовою діаграмою зчитування - затримки з буферного запам'ятовуючого пристрою відліків дискретизованих щодо верхньої частоти їхнього спектра fв канальних сигналів, і когерентним підсумовуванням відліків фазованих канальних послідовностей цифровим НЧ фільтром із часом реакції, що задається імпульсною характеристикою цифрового фільтра. У зв'язку з тим, що інформативною є смуга сигналу, де при відносній смузі сигналів - DF/Fo = 0.2 0.3 дискретизація по верхній частоті спектра сигналів Fд>2 fв є надлишковою в Fo/DF раз. тобто потребує широкосмугового каналу передачі даних та високої продуктивності процесора променеутворення для обчислення відліків .1 променів за період дискретизації t . Необхідна продуктивність досягається розпаралелюванням просторової обробки J цифровими фільтрами - формувачами променів. Кожний цифровий фільтр - формувач променя виконаний у вигляді паралельного, багаторозрядного регістра, в m відводи якого включені помножувачі цифрових відліків сигналів на коефіцієнти імпульсної характеристики фільтра, записані в постійній пам'яті коефіцієнта, підключені своїми виходами до входів паралельного суматора. Амплітудний розподіл між каналами вводиться помножувачем канальних відліків з виходу буферного запам'ятовуючого пристрою на амплітудні коефіцієнти, записані в постійній пам'яті вагових коефіцієнтів. Арифметичний пристрій процесора J променів містить мультиплексор. .1 паралельних суматорів, J m+1 помножувачів. J+1 пристроїв постійної пам'яті, J паралельних, багаторозрядних регістрів на мікросхемах низькою рівня інтеграції для паралельної організації множень. У багатопроменевих ЦШФАР, які діють за схемою прототипу це приводить до лінійного, пропорційно кількості формуємих J променів, 52086 6 зростанню числа компонентів арифметичного пристрою, несправності яких ведуть до відмови ЦШФАР. В основу корисної моделі покладено завдання створення цифрової широкосмугової антенної решітки, що мас високу відмовостійкість. Поставлене завдання вирішується тим. що у відому цифрову широкосмугову фазовану антенну решітку, яка включає М каналів прийому, у складі антенного елемента, канального підсилювача, з'єднаних послідовно, М канальний дискретизатор. входи якого з'єднані з виходами М каналів прийому, аналоговий мультиплексор каналів, підключений сигнальними входами до виходів М канального дискретизатора, аналого-цифровий перетворювач (АЦП) дискретизованих сигналів, підключений своїм входом до виходу аналогового мультиплексора каналів, синтезатор опорних частот і адрес, синхровихід якого «Частота дискретизації (Fд.)» з'єднаний з керуючим входом М канального дискретизатора, адресний вихід (Адр.) з'єднаний з керуючим входом «Адр.» аналогового мультиплексора каналів, канал обміну, синхровходи якого «Початок обміну (Поч. обм.)», «Закінчення обміну (Зак. обм.)», «Частота обміну (FT. обм.)» підключені до відповідних керуючих виходів синтезатора опорних частот і адрес, процесор променів, що містить М буферних прийомних зсувних регістрів, арифметичний пристрій, контролер процесора променів, що містить генератор синхроімпульсів, синхровходи якого «Початок обміну (Поч. обм.)». «Закінчення обміну (Зак. обм.)» підключені до відповідних керуючих виходів каналу обміну, адресний генератор, вхід якого «С» підключено до виходу «Синхроімпульс зміни номера променя Ф4» генератора синхроімпульсів, згідно корисній моделі, введено кодер цілостепеневого квантування, з'єднаний входом даних з виходом АЦП, керуючим входом - з керуючим входом АЦП і підключений до виходу «Частота зміни адресі (FT. Змін.адр.)» синтезатора опорних частот і адрес, при цьому у контролер процесора променів уведені постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) кодів наближеної точної стабілізації, з'єднаний входом «Адр.» з датчиком курсу, виходом старших разрядів - з входом « Код грубої стабілізації» адресного генератора, дешифратор кодів точної стабілізації, підключений входом до виходу молодших розрядів ПЗП кодів наближеної - точної стабілізації, a j виходами до шини «вибір кристалу», при цьому, входи «Зчит.» ПЗП кодів наближеної - точної стабілізації дешифратора кодів точної стабілізації, та вхід «Встановлення початкового стану» адресного генератора об'єднані й підключені до виходу Ф0 генератора синхро-сигналів, крім того, у процесор променів уведені М канальних селекторів «Прийом - Зчитування» цифрових сигналів, входи яких «Частота обміну (FT. Обм.)», «Вхідні дані», «Адр.» об'єднані з аналогічними входами інших канальних селекторів «Прийом - Зчитування» цифрових сигналів і підключені до відповідних виходів каналу обміну, входи «Частота зчитування (FT. ЗЧИТ.)» об'єднані з аналогічними входами інших канальних селекторів «Прийом - Зчитування» і s 7 підключені до виходу Ф2 генератора синхроімпульсів, а вихід кожного канального селектора «Прийом - Зчитування» цифрових сигналів з'єднано із входом «D» прийомного буферного зсувного регістра відповідного каналу, підключеного синхронізованим входом «С» до виходу «FT.» канального селектора цифрових сигналів «Прийом - Зчитування»: m цифрових, канальних мультиплексорів, з'єднаних своїми М входами з виходами М прийомних буферних канальних зсувних регістрів і входами «Кільце» відповідних М канальних селекторів цифрових сигналів «Прийом - Зчитування», адресними входами підключеними шинами адреси до відповідних виходів адресного генератора, а арифметичний пристрій процесора променів включає m табличних цифрових фазуючих фільтрів, що містять m пристроїв флеш пам'яті адресні послідовні входи яких об'єднані й підключені до виходу відповідного канального мультиплексора, входи «С» об'єднані й підключені до виходу Ф2 генератора синхросигналів, входи «Зчит.» об'єднані й підключені до виходу Ф3 генератора синхросигналів, вхід j кожного пристрою флеш пам'яті з'єднано з одним з m виходів «Вибір крист.» контролера процесора променів, виходи пристроїв флеш пам'яті об'єднані і є виходом цифрового фазуючого фільтра, паралельний, m входовий суматор, що містить m-1 двовходових паралельних суматорів, причому перший і другий входи першого суматора підключені відповідно до виходів першого й другого фазуючих фільтрів, другі входи інших m-2 двовходових паралельних суматорів підключені відповідно до виходів інших m-2 фазуючих фільтрів, перші входи m-2 двовходових паралельних суматорів, починаючи із другого, з'єднані з виходом попереднього суматора, а вихід m-1 - го двовходового паралельного суматора є виходом цифрової широкосмугової ФАР, а канальний підсилювач кожного прийомного каналу виконаний у вигляді з'єднаних послідовно підсилювача високої частоти (ВЧ). преселектора, змішувача, фільтра проміжної частоти (ПЧ), підсилювача ПЧ, при цьому гетеродинний вхід змішувача з'єднано з гетеродинними входами змішувачів канальних підсилювачів інших прийомних канатів і підключено до виходу «Частота гетеродина (Частий, гтн.)» синтезатора опорних частот і адрес. Корисна модель ілюструється наступними графічними матеріалами, де: на Фіг. 1 представлена структура ЦШФАР, на Фіг.2 - структура контролера процесора променів, на Фіг. 3 - структура процесора променів, на Фіг. 4 - структура цифрового фазуючого фільтра, на Фіг. 5 - структура паралельного m входового суматора, на Фіг. 6 - часова діаграма роботи ЦШФАР, на Фіг. 7 - часова діаграма роботи процесора променів, на Фіг. 8 - реалізації сигналів з рівномірним багаторозрядним - x( ) і нерівномірним цілостепеневим (р = 2) квантуванням рівня сигналу - ( ), на Фіг. 9 - вхідні сигнали: x( ) - з рівномірним багаторозрядним і ( ), - нерівномірним цілостепеневим (р = 2) - квантуванням рівня та відповідні їм Y( ) i z( ) вихідні сигнали фазуючого 52086 8 фільтра 12-го порядку, на Фіг. 10, 11 - діаграма спрямованості в горизонтальній площині, сформована 15 - ти елементним сектором кругової М = 32 - х канальної решітки з хвильовими розмірами D/ = 6, косинус - квадратним амплітудним розподілом, при рівномірному - LRO(s) і цілостепеневим LR(s), квантуванням сигналів у логарифмічній шкалі (дБ) в області кутів приходу плоскої хвилі =180°-360° та 0°-180°. відповідно, на Фіг. 12 - таблиця порівнянь апаратного складу процесора променів прототипу та пропонованого винаходу для 32-х канальної, кругової ЦШФАР. Цифрова широкосмугова ФАР містить М каналів прийому 1 у складі антенного елемента 2, канального підсилювача 3. з'єднаних послідовно, М канальний дискретизатор 9. входи якого з'єднані з виходами канальних підсилювачів 3. аналоговий мультиплексор каналів 10. підключений сигнальними входами до виходів М канального дискретизатора 9. аналого - цифровий перетворювач (АЦП) 11 дискретизованих сигналів, підключений своїм входом до виходу аналогового мультиплексора каналів 10. синтезатор опорних частот і адрес 12. синхровихід якого «Fд.» з'єднано із входом «Fд.» М канального дискретизатора 9, адресний вихід «Адр.» з'єднано із входом «Адр.» аналогового мультиплексора каналі в 10. канал обміну 14, синхровходи якого «Початок обміну (Поч. обм.)», «Закінчення обміну (Зак. обм.)», «Частота обміну (FT. Обм.)» підключені до відповідних керуючих виходів синтезатора опорних частот і адрес 12. процесор променів 15, що містить М буферних прийомних зсувних регістрів 16, арифметичний пристрій 21, контролер процесора променів 22, що містить генератор синхроімпульсів 23. синхровходи якого «Початок обміну (Поч. обм.)». «Закінчення обміну (Зак. обм.)» підключені до відповідних керуючих виходів каналу обміну 14. адресний генератор 24. вхід якого «С» підключено до виходу «Синхроімпульс зміни номера променя Ф4» генератора синхроімпульсів. У пристрій уведено кодер цілостепеневого квантування 13. виконаний у вигляді постійного запам'ятовуючого пристрою, з'єднаного входом даних з виходом АЦП 11. що управляє входом «FT. Змін.адр» з керуючим входом «FT. Змін.адр» АЦП 11 і підключений до виходу «FT. Змін.адр» синтезатора 12 опорних частот і адрес мультиплексора. У контролер 22 процесора променів 15 уведено постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) кодів наближеної - точної стабілізації 25. з'єднаний входом «Адр.» з датчиком курсу, виходом старших разрядів М - з входом «Код грубої стабілізації» адресного генератора, дешифратор кодів точної стабілізації 26, підключений входом до виходу молодших розрядів s ПЗП кодів наближеної точної стабілізації 25, a j виходами до шини «Вибір кристалу», входи «Зчит.» ПЗП кодів наближеної - точної стабілізації 25, дешифратора кодів точної стабілізації 26 та вхід «Встановлення початкового стану» адресного генератора 24 об'єднані 9 й підключені до виходу Ф0 генератора синхро сигналів 23. У процесор променів 15 уведені М канальних селекторів «Прийом - Зчитування» цифрових сигналів 16, входи яких «FT. Обм.», «Вхідні дані». «Адр.» об'єднані з аналогічними входами інших канальних селекторів «Прийом - Зчитування» цифрових сигналів 16 і підключені до відповідних виходів каналу обміну 14, входи «FT. ЗЧИТ.» об'єднані з аналогічними входами інших канальних селекторів «Прийом - Зчитування» і підключені до виходу Ф2 генератора синхроімпульсів 23, виходи «D» і «FT.» КОЖНОГО канального селектора «Прийом - Зчитування» цифрових сигналів 16 з'єднані відповідно із входом «D», синхровходом «С» буферного прийомного зсувного регістра 17 відповідного каналу, m канальних мультиплексорів 18, з'єднаних своїми М входами даних з виходами М канальних, зсувних регістрів 17 і входами «Кільце» відповідних М канальних селекторів цифрових сигналів «Прийом - Зчитування» 16, адресними входами підключеними шинами адреси до відповідних виходів адресного генератора 24. Арифметичний пристрій 21 процесора променів 15 включає m табличних цифрових фазуючих фільтрів 19, що містять m пристроїв флеш пам'яті 27, адресні, послідовні входи яких об'єднані та підключені до виходу відповідного канального мультиплексора 18, входи «С» об'єднані та підключені до виходу «Тактова частота зчитування регістрів зсуву - запису фазуючих фільтрів» генератора синхроімпульсів 23, входи « Зчит.» об'єднані та підключені до виходу ФЗ генератора синхроімпульсів 23, вхід j кожного пристрою флеш пам'яті 27 шиною «Вибір крист.» з'єднаний з одним з m виходів «Вибір крист.» дешифратора коду точної стабілізації 26, виходи пристроїв флеш пам'яті 27 об'єднані і є виходом цифрового фазуючого фільтра 19; паралельний, m входовий суматор 20, що містить m-1 двовходових паралельних суматорів 28, причому перший і другий входи першого суматора підключені відповідно до виходів першого й другого фазуючих фільтрів, другі входи інших m -2 двовходових паралельних суматорів 28 підключені відповідно до виходів інших m-2 фазуючих фільтрів, перші входи m -2 двовходових паралельних суматорів 28, починаючи із другого, з'єднані з виходом попереднього суматора, а вихід m -1 - го двовходового паралельного суматора 28 є виходом цифрової широкосмугової ФАР, а канальний підсилювач 3 кожного прийомного каналу 1 виконаний у вигляді з'єднаних послідовно підсилювача високої частоти (ВЧ) 4, преселектора 5, змішувача 6, фільтра проміжної частоти (ПЧ) 7, підсилювача 114 8, при цьому гетеродинний вхід змішувача 6 з'єднано з гетеродинними входами змішувачів 6 канальних підсилювачів 3 інших прийомних каналів і підключено до виходу «Част, гтн.» синтезатора 12 опорних частот і адрес мультиплексора 10. Функціонування широкосмугової цифрової ФАР відбувається в такий спосіб: 1. У прийомних каналах 1 ФАР безперервні x t ,t широкосмугові вихідні сигнали M ан 52086 10 тенних елементів 2 підсилюються підсилювачами ВЧ 4, підсилювачами ПЧ 8. фільтруються пристроями частотної селекції ВЧ 5, ПЧ 7 перетворюються x t ,t в низькочастотні коливання змішувачами 5 сигналів ВЧ із коливаннями гетеродина частоти гн від синтезатора опорних сигналів 12, x t ,t x t ,t ; t t t гтн; 0,..., 1 (1) 2. Низькочастотні, безперервні коливання x t ,t синхронно дискретизуються із частотою Fд пристроєм багатоканальної дискретизації 9, x t ,t відліки дискретизованих сигналів через мультиплексор 10, надходять на вхід багаторозрядного АЦП 11 і перетворюються у цифрову форму - x# , , t t ,t x t, t x# , ; 0,..., 1 ; 0,... (2) 3. Багаторозрядні цифрові відліки рівномірного квантування x # , кодером 13 перетворюються у t t ; t F 1д; x 3 - х розрядні відліки # , з нерівномірним цілостепеневим з основою 2 квантуванням рівня | x # , | ( фіг 8.) x# , # , # , ; sgn x , sgn n2 x # , x, , 0,..., M 1; p x, , 2 ; p x , знак 0,.. entire n2 x # , числа x , ; (3) entire n2 x # , - ціла частина числа . 4. Пристрій канату обміну 14 перетворює паралельний, 3 -х розрядний код канальних відліків # , у послідовний, формує на прийомній стороні синхроімпульси - «Початок обміну». « Зак. обміну», тактової частоти - FT.O6M. адреси селекторів цифрових сигналів 16. 5. За синхроімпульсом - «Початок обміну» з виходу каналу обміну 14 селектори цифрових сигналів «Прийом - Зчитування» 16 з'єднують вихід «Дані» каналу обміну 14 із входами D, вихід «Фт.обм.» каналу обміну 14 із входами «С» прийомних буферних зсувних регістрів 17, генератор синхроімпульсів 23 контролера 22, формує на своєму виході «Дозвіл -Заборона», входах «Дозвіл» цифрових фазуючих фільтрів 20 синхроімпульс Ф1 низького рівня, що забороняє прийом даних. 6. Канальні цілостепеневі відліки # , на часовому інтервалі Тобмін=t.2 - t.1 у кожному -му t д послідовним каналом періоді дискретизації обміну 14 через селектори цифрових сигналів «Прийом - Зчитування »16, керовані синхроімпульсами - «Початок обміну». «Зак. обміну», кодами адреси, синхроімпульсами тактової частоти Fт.обм записуються в М прийомних буферних зсувних регістрів 17 послідовностей n відліків. 7. Синхроімпульсом « Зак. обміну» на часовому інтервалі Тцикл селектор цифрових сигналів 16 відключає свій вхід «Дані» від виходу «Дані» каналу обміну 14, з'єднує свій вхід «Кільце» з виходом буферного зсувного регістра 17 і переводить його у режим кільцевого регістра на часовому інтервалі Тцикл, відключає синхроімпульси тактової частоти Fт.обм із виходу FT.обм. каналу обміну 14 і підк 11 52086 лючає синхроімпульси Ф2 з виходу «Tактова частота зчитування» генератора синхроімпульсів 23. 8. Формування променів виконується на часовому інтервалі Тцикл, що задається синхроімпульсами Ф0 з виходу «Циклова частота формування променів» генератора синхроімпульсів 23. 9. За синхроімпульсом Ф0 з-виходу «Циклова частота формування променів» генератора синхроімпульсів 23 виконується зчитування з виходу постійного запам'ятовуючого пристрою наближеної - точної стабілізації 25 коду наближеної стабілізації - М до адресною генератора 24 канальних мультиплексорів 17, коду точної стабілізації - s у дешифратор 26 коду точної стабілізації. Адресний генератор 24 формує початкові абсолютні адреси канальних мультиплексорів 17 першого променя додаванням відносних номером каналів ц з кодом наближеної стабілізації лем М. mod , M за моду дешифратор 26 коду точної стабілізації - s формує потенційний сигнал дозволу на одному з виходів «Вибір» j . 10. На часовому інтервалі Т1зчит = t.4 - t.3 генератор синхроімпульсів 23 на виході «Дозвіл - Заборона» - входах «Дозвіл запису» m фазуючих фільтрів 20 формує потенціал, що дозволяє виконувати прийом даних з виходу m канальних мультиплексорів 1 7. 11. За час Tзчит. n канальних 3 -х розрядних цілостепеневих відліків # , синхроімпульсами Ф2 переписуються із працюючого в кільцевому режимі, прийомного, буферного зсувного регістра 16, обраного канальним мультиплексором 17 за адресою на його вході, у внутрішній адресний регістр цифрового фазуючого фільтра 20. 12 Упорядкована часова послідовність n цифрових, цілостепеневих відліків # , приймає скінчену множину значень. Кожному набору значень відліків # , цифровий фазуючий фільтр 20 з скінченою імпульсною характеристикою h# , , виконаний у вигляді постійного ЗП на базі флеш пам'яті великої ємності, ставить у відповідність одне єдине число z# , n , заздалегідь розраховане та записане по адресу, що дорівнює відповідній реалізації 3-х розрядної, цілостепеневої послідовності n відліків. # , z# , n Q p, n n 1 /2 t n 1 /2 t cos cos h2# , sin D / 2 D /2 n 1 /2 t n 1 /2 t b cos / c ] i e b cos / c ] - кругова смуга частот прееелектора; o - кругова середня частота преселектора; t = 1/Fд - період дискретизації сигналів: - кругова середня частота фільтра ПЧ;. - радіус кругової бази: - номер приймача: 2 / - кутова координата -го приймача на круговій базі: - кут компенсації; с - швидкість поширення сигналу в середовищі; А - коефіцієнт амплітудного розподілу; b - відстань між прийомними елементами лінійної решітки: n ; 0,..., n 1 (4) q n 2p n ; Для набору значень - р = 3 ; n1і = 8 n2 = 10; n3 = 12: Q(p, n1)= 1.678 107 бит; Q(p, n2) = 1.074 9 10 біт; Q(p, n3) = 68.72 109 біт; Табличне обчислення z# м, n за формулою (4) може бути реалізовано, наприклад, використанням мікросхем з характеристиками флеш пам'яті Jet Flash V 60 ємністю 32 1 біт. 64 Cib Flash Kingstone Data Travel (DT 150 64 Gb) ємністю 64 Гбит, 320 Gb HDD External TRANSCAND Store Jet 25. USB 2 0 ємністю 320 Гб. sin D / 2 D /2 D # ,n Згортка детермінованої імпульсної характеристики h# , , з реалізаціями сигналу { # , n - n + }, що приймають кінцеве число значень, однозначно відображає множину Q(p, n) значень { # , } у множині Q(p, n) значень { z# , n }. Число станів, що задається р розрядним словом - відліком сигналу дорівнює q = 2p Послідовність незалежних р розрядних відліків сигналу може приймати Q(p. n) значень h1# , де : h# , / c] i e / c] n 1 /2 n 1 /2 t t cos b cos / c # ; (5 ) / c # ;(6) h1# , - коефіцієнт імпульсної характеристики цифрового фільтра, що фазує канальні широкосмугові сигнали проміжної частоти на круговій базі; h2# , - коефіцієнт імпульсної характеристики цифрового фільтра, що фазує канальні широкосмугові сигнали проміжної частоти на лінійній базі. Коефіцієнти імпульсної характеристики цифрових фазуючих фільтрів - h# , , зважені амплітудним розподілом, квотуються рівномірно r = 12ти розрядним кодом. 12. Синхроімпульсом Ф3 з виходу «Зчит.» генератора синхроімпульсів 23 фазовані відліки канальних цифрових сигналів z# , n , зважені амплі тудним розподілом {А } з виходу обраного j -го пос дешифратором коду точної стабілізації 13 52086 тійного запам'ятовуючого пристрою флеш пам'яті 27 m цифрових фазуючих фільтрів 20 зчитуються на відповідні m входи паралельного суматора 28, вихідний відлік якого дає значення сигналу першого променя в п - м періоді дискретизації. R j,n z # mod j , n; 0,..., m 1. (7) 13. Синхроімпульсом Ф4 з виходу «Зміна номера променя» генератора синхроімпульсів 23 на вході «С» адресного генератора 26 коди адресу канальних мультиплексорів на його виході змінюються на 1 за модулем М, канальні мультиплексори 18 відповідно до коду на своїх адресних входах підключають до m фазуючих фільтрів 19 виходи m зміщених циклічно на одиницю буферних прийомних регістрів 17, що працюють у кільцевому режимі, синхроімпульсами Ф2 відліки # , з виходів m прийомних регістрів 17. відібраних канальними мультиплексорами 18, записуються у внутрішні регістри фазуючих фільтрів 20 і синхроімпульсом ФЗ зчитуються з їхнього виходу на m входів паралельного суматора 21, формуючи на наступному, часовому інтервалі Тформ. другий промінь цифрової, широкосмугової ФАР. У n-му періоді дискретизації t за час Тцикл., таким шляхом формуються,1 відліків Rj.n променів на J часових інтервалах Тформ.. що задаються синхроімпульсами Ф4. Формування одного відліку променя потребує 3 n тактів зчитування 3- х розрядних. цілостепеневих n відліків з буферних прийомних зсувних регістрів 17 у фазуючі фільтри 19 з додаванням одного такту зчитування з фазуючих фільтрів 19 відліків до паралельного m входового суматор додавання m фазованих відліків паралельним суматором 20. Викривлення форми сигналу при цілостепеневому квантуванні (Фіг. 7) усувається в значній мірі (Фіг. 8) цифровим фазуючим фільтром 19, що є одночасно фільтром нижніх частот з r = 12 розрядною імпульсною характеристикою. 1 z# Y# Max z # 2 1 / Y# / z# Y# 1 2 ; Y# 0,..., 2 ; 1 (8) ; (9) Відносна середньоквадратична похибка, що визначається формулою (8) як відношення середньоквадратичного відхилення сигналу z# з нерівномірним цілостепеневим квантуванням від точного, з рівномірним, багаторозрядним квантуванням сигналу Y# на виході цифрового фазуючого фільтра 12-го порядку до ефективного значення вихідного сигналу Y# становить 6% при максимальній відносній похибці, що визначається формулою (9) Е 13% . У цифровій фазованій решітці - прототипі з дискретизацією канальних сигналів по верхній частоті для обчислення J відліків променів Rj.n за один період дискретизації виконується фізичне розпаралелювання просторової обробки J цифровими фільтрами-формувачами променів. 14 При кількості каналів m, що формують один промінь, арифметичний пристрій ЦФАР прототипу містить: один постійний запам'ятовуючий пристрій коефіцієнтів амплітудного розподілу, один помножувач відліків канальних сигналів на коефіцієнти амплітудного розподілу, J цифрових фільтрів формувачів променів у складі одного паралельного, багаторозрядного регістра, m помножувачів відліків канальних сигналів на коефіцієнти імпульсної характеристики, одного постійного запам'ятовуючого пристрою коефіцієнтів імпульсної характеристики цифрового фільтра - формувача променя, одного суматора проти m канальних мультиплексорів, m цифрових табличних фазуючих фільтрів па базі j пристроїв постійної флеш пам'яті, та одного суматора і відсутності помножувачів у технічному рішенні, що заявляється. У таблиці наведені дані по складу арифметичних пристроїв цифрової широкосмугової ФАР прототипу й технічного рішення. що заявляється. Поява несправності в -му компоненті арифметичного пристрою за час Т - подія Aі з імовірністю р(А ) і протилежна подія В - відсутність несправності за час Т с імовірністю р(Ві) утворюють повну групу подій з імовірністю Р (1), Р = р(А ) + р(В (10) )=1 Множина протилежних подій {А , В } різних компонентів арифметичного пристрою за час Т незалежні події з імовірністю Р. [1]. Р =( P )N= 1; (11), Припускаючи у (10) р(А ) р(А), р(В ) р(В) = 1-р(А), (12) одержимо з (11) з урахуванням (12) для Р . p p p Ci p p i 1 p i 1; i 0,.., ; (13) i 0 1 Ci i 0 p i 1 p i C p 1 p неспр спр 1; i 0,.. ; (14) i С N - біноміальний коефіцієнт розкладу - число сполучень з N елементів по і. [2] 1 2 ... i 1 Ci ; 1 2 3... i 1 С0N =CNN =1; Pcпp = CNN [1-p(A)]N=1 [1-p(A)]N; (15) 8 (14) та (15) для Рисправн. випливає неспр 1 спр 1i 1 1 р 1 Ci pi ; (16) i 1 Імовірності несправностей окремих компонентів арифметичного пристрою цифрової широкосмугової ФАР прототипу та пропонованого винаходу - р(Аі) за час Т значно менші одиниці р(Аі) = р(Л)1 приводять до незначного зниження осьової чутливості й форми діаграми спрямованості, але не є відмовою. - табличною реалізацією цифрових, фазуючих фільтрів, що дозволяє виключити численні помножувачі, регістри, суматори, пристрої постійної пам'яті - джерела відмов в арифметичному пристрої - прототипі. - цілостепеневим квантуванням сигналів, що забезпечують табличну реалізацію цифрових, фазуючих фільтрів на серійній елементній базі - пристроях постійної флеш пам'яті ціною незначного зменшення коефіцієнта спрямованості в горизонтальній площині на 1 дБ. за умови збереження форми головного пелюстка. Формування променів на проміжній частоті дозволяє знизити вимоги до продуктивності та апаратних витрат на реалізацію арифметичного пристрою в ~ 4 рази для випадку 32-х канальної кругової решітки, що веде до зменшення кількості елементів - джерел несправностей і відмов. Література 1. Гмурман В.Е. Теорія ймовірностей і математична статистика. М. «Вища школа» 1977. с.33. 2. Гмурман В.Е. Теорія ймовірностей і математична статистика. М. «Виша школа» 1977. с.22. 17 52086 18 Таблиця ЦИФРОВА, ШИРОКОСМУГОВА, ФАЗОВА, АНТЕННА РЕШІТКА 19 52086 20 21 52086 22 23 52086 24 25 52086 26 27 52086 28 29 52086 30 31 52086 32 33 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 52086 Підписне 34 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601