Спосіб корекції міжканальних і квадратурних неідентичностей приймальних каналів цифрової антенної решітки

1. Спосіб корекції міжканальних і квадратурних неідентичностей приймальних каналів цифрової антенної решітки (ЦАР), який полягає у тому, що для розрахунку інтегральних коефіцієнтів корекції для кожного r-го приймального каналу ЦАР здійснюють подачу контрольного гармонійного сигналу на входи антенної решітки, розраховують інтегральні коефіцієнти корекції для кожного r-го приймального каналу ЦАР за виразом: p1r=zr-pr·tr, q1r=qr·tr, p2r=qr·zr, q2r=pr·zr+tr, (1) де qr, pr - коефіцієнти корекції квадратурного розбалансу, zr, tr - коефіцієнти корекції міжканальних неідентичностей приймальних модулів ЦАР, одночасну корекцію квадратурних і міжканальних неідентичностей виконують по відліках напруг прийнятих сигналів за допомогою розрахованих коефіцієнтів корекції (1) у вигляді: Сr=(А1r·p1r+B2r·p2r)-(B1r·q1r-A2r·q2r), Sr=(B1r·p2r-A2r·p1r)+(A1r·q2r+B2r·q1r), де A1r, A2r, B1r, B2r - напруги двох суміжних у часі відліків (з парними й непарними номерами надхо U 2 (19) 1 3 66902 рольного сигналу в кожному з квадратурних підканалів з періодом дискретизації, кратним непарному числу чвертей періоду частоти контрольного сигналу, здійснюють розподіл (сепарацію) відліків АЦП на парні та непарні відліки в кожному з підканалів; для розрахунку коефіцієнтів корекції напруг розбалансованого підканалу застосовують пари напруг сигнальних відліків з обох підканалів згідно з виразами: B1  A10  B20  A 20 ; p 0 B10  A 20  B20  A10 1/ 2 2 2 2  B1  A10  B20  A20   B10  B20   ,   q  1  0  B1  A 2  B2  A1   2 2 0 0 0   A10  A 20   0 де А10, А20, B10, B20 - пари відгуків напруг сигналів еталонного та розбалансованого квадратурних підканалів відповідно, що отримані під дією контрольного сигналу на етапі розрахунку коефіцієнтів корекції розбалансу, далі вимикають контрольний сигнал і переходять до обробки інформаційних сигналів, при цьому корегування кожного з відліків прийнятого сигналу здійснюють лише по виходу підканалу, обраного в якості розбалансованого, лишаючи без змін сигнали еталонного підканалу, а операцію коригування поточних пар відліків розбалансованого підканалу виконують за виразами: В1cor=A1·p+B1·q, В2cor=А2·р+В2·q. Недоліком відомого способу є неврахування міжканальних неідентичностей характеристик приймальних каналів ЦАР, наявність некомпенсованих похибок в квадратурних каналах при наявності постійного зсуву напруги нуля АЦП. Найбільш близьким за сутністю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб корекції міжканальних і квадратурних неідентичностей приймальних каналів цифрової антенної решітки (ЦАР) [4], який полягає у тому, що для розрахунку інтегральних коефіцієнтів корекції для кожного r-го приймального каналу ЦАР здійснюють подачу контрольного гармонійного сигналу на входи антенної решітки, розраховують інтегральні коефіцієнти корекції для кожного г-го приймального каналу ЦАР за виразом: p1r=zr-pr·fr, q1r=qr·tr, p2r=qr·zr, p2r=pr·zr+tr, де qr, pr - коефіцієнти корекції квадратурного розбалансу, zr, tr - коефіцієнти корекції міжканальних неідентичностей приймальних модулів ЦАР, одночасну корекцію квадратурних і міжканальних неідентичностей виконують по відліках напруг прийнятих сигналів за допомогою розрахованих коефіцієнтів корекції (1) у вигляді: Сr=(А1r·p1r+B2r·p2r)-(B1r·q1r-A2r·q2r), Sr=(B1r·p2r-A2r·p1r)+(A1r·q2r+B2r·q1r), де A1r, A2r, B1r, B2r - напруги двох суміжних у часі відліків (з парними й непарними номерами надходження) по виходах двох квадратурних каналів r-го приймача ЦАР; Сr, Sr - квадратурні складові відкоригованих напруг сигналів, Спосіб-прототип дозволяє врахувати при усуненні квадратурного розбалансу також наявність міжканальних неідентичностей характеристик приймальних каналів ЦАР. 4 Недоліком способу-прототипу є складність його застосування при високочастотній дискретизації сигналів за допомогою високошвидкісних АЦП у реальному часі, а також наявність некомпенсованих похибок в квадратурних каналах у разі постійного зсуву напруги нуля АЦП. З урахуванням сказаного, технічне завдання, що вирішується заявленою корисною моделлю, полягає в усуненні впливу постійних зсувів напруг нуля АЦП на якість корекції міжканальних і квадратурних неідентичностей приймальних каналів ЦАР та зменшенні вимог до швидкодії виконання операцій зазначеної сумісної корекції цифрових відліків прийнятих сигналів при їхній обробці в приймальних каналах ЦАР. Очікуваний технічний результат від заявленої корисної моделі полягає у досягненні інваріантності результатів сумісної корекції міжканальних і квадратурних неідентичностей приймальних каналів ЦАР до постійного зсуву напруги нуля АЦП та у спрощенні апаратної реалізації операцій корекції з темпом надходження цифрових відліків сигналів. Суть нововведень до корисної моделі порівняно з прототипом полягає у тому, що як напруги прийнятих сигналів, що використовують для розрахунку інтегральних коефіцієнтів корекції для кожного r-го приймального каналу ЦАР та для здійснення безпосередньо корекції прийнятих сигналів, застосовують результати додаткового стробування відліків аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) шляхом часткового підсумовування вихідних кодів АЦП у відведених часових інтервалах (стробах). Частковий варіант виконання способу, що заявляється, відрізняється тим, що додаткове стробування відліків аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) шляхом часткового підсумовування вихідних кодів АЦП у відведених часових інтервалах (стробах) здійснюють згідно з виразами: A1r=аr(0)-ar(2)+ar(4)-ar(6)+ar(8)-…-ar(N-2), А2r=ar(1)-ar(3)+аr(5)-аr(1)+аr(9)-…-ar(N-1), B1r=br(0)-br(2)+br(4)-br(6)+br(8)-…-br(N-2), B2r=br(1)-br(3)+br(5)-br(7)+br(9)-…-br(N-1), де N - інтервал накопичення, А1r, А2r, В1r, В2r напруги двох суміжних у часі відліків стробів (з парними й непарними номерами надходження) по виходах двох квадратурних каналів r-го приймача ЦАР, а(k), b(k) - часові вибірки відліків аналогоцифрового перетворювача на виходах квадратурних каналів r-го приймача ЦАР, що відповідають синфазному і квадратурному підканалам. Суттєвою відмінністю заявленого способу є застосування результатів додаткового стробування відліків АЦП для розрахунку коефіцієнтів корекції та здійснення коригування за їх допомогою комплексних напруг сигналів. Суттєвою перевагою заявленого способу порівняно з прототипом є те, що запропонована послідовність операцій дозволяє уникнути впливу постійного зсуву нуля АЦП на якість корекції міжканальних і квадратурних неідентичностей приймальних каналів ЦАР, а також знижує вимоги до швидкодії пристроїв корекції через уповільнення темпу надходження сигнальних відліків завдяки 5 застосуванню операції додаткового стробування відліків АЦП. Перевірка працездатності заявленого способу здійснювалась шляхом математичного моделювання сукупності його операцій над сигналами за допомогою програми, розробленої у пакеті MathCad, у разі гаусовської моделі розподілу некорельованого шуму. Крім того, перевірка ефективності запропонованого способу корекції була здійснена під час морських випробувань експериментальної радіолокаційної станції (РЛС) з цифровою антенною решіткою (ЦАР), описаної у [5]. До складу РЛС входять: приймальна система; передавальна система у складі рупорної антени та твердотільного підсилювача потужності; пристрій відображення інформації на базі комп'ютера. Приймальна система являє собою пасивну ЦАР, що утворена сукупністю підсистем, серед яких слід вказати [5]: - антенну решітку з 16 лінійок по 4 вертикальних елементи друкованого типу кожна; - 64-канальний приймальний надвисокочастотний (НВЧ) модуль із 128 квадратурними виходами сигналів проміжної частоти, - модуль гетеродину та формування контрольного сигналу; - 128-канальний модуль підсилювачів проміжної частоти; - блок 128 цифрових приймальних модулів (ЦПМ) зі спецобчислювачем та синхронізатором. Передавальний пристрій розташовувався на відстані до 6,5 м від приймальної антенної решітки. Робота досліджуваної РЛС велася у секторах: 18 градусів за кутом місця та ±30 градусів за азимутом - в режимі прийому сигналів; ±15 градусів за кутом місця та ±10 градусів за азимутом - в режимі зондування. При цьому передавач опромінював одразу весь зазначений сектор простору, а прийом відбитих сигналів відбувався одночасно з усіх напрямів в межах сектору роботи приймальної антенної решітки. У ході проведених випробувань за допомогою застосування запропонованого методу корекції було досягнуте стійке супроводження РЛС з ЦАР всіх повітряних та надводних об'єктів, що перебували в означеному робочому секторі, на максимальній дальності, обумовленій прямою видимістю, зокрема: рухливих та нерухливих човнів, вітрильних й моторних яхт, катерів, суден і кораблів середньої та великої тоннажності. Наприклад, великий протичовновий корабель "Керч" супроводжувався до відстані 34,5 км [5]. Комп’ютерна верстка А. Рябко 66902 6 Практична реалізація заявленого способу зводиться до застосування у приймачах РЛС з ЦАР цифрових сигнальних процесорів або програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС), наприклад, від фірми Xilinx, за допомогою яких мають виконуватись передбачені заявленим способом операції над цифровими напругами сигналів, отриманими в результаті додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювачів. В якості АЦП можуть застосовуватись мікросхеми фірми Analog Devices, Texas Instruments тощо. Джерела інформації: 1. Слюсар В.И., Покровский В.И., Сахно В.Ф. Патент РФ №2103768, H01Q 3/36, G01R 29/10. Способ коррекции амплитудно-фазовых характеристик первичных каналов плоской цифровой антенной решетки. - 1992. - Опубл. 27.01.98, Бюл. №3. 2. Бобров Д.Ю., Доброжанский А.П., Зайцев Г.В. и др. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных РЛС. Часть 1: Принципы разработки. Преобразование сигнала в цифровую форму // Цифровая обработка сигналов. - 2001. - №4. с. 2-11. 3. Патент України на корисну модель №33257. МПК7 G01S 7/36, Н03D 13/00. Спосіб корекції квадратурного розбалансу з використанням додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювача. // Слюсар В.І., Масесов М.О., Солощев О.М. - Заявка на видачу патенту України на корисну модель №u200802467 від 26.02.2008. Патент опубліковано 10.06.2008, бюл. №11. 4. Слюсар В.И., Цыбулев Р.А. Метод интегрированной коррекции межканальных и квадратурных неидентичностей приемных каналов антенной решетки МІМО. // VII міжнародна науково-технічна конференція студентства і молоді "Світ інформації та телекомунікацій - 2010" (15-16 квітня 2010 p.). Київ: ДУІКТ. - с. 52-53. - прототип. 5. Slyusar V.I., Nikitin N.N., Shatzman L.G., Korolev N.A., Solostchev O.N., Shraev D.V., Volostchuk I.V., Alesyn A.M., Bondarenko M.V., Grytzenko V.N., MalastchuK V.P. A Marine Testing's Result of Experimental Radar with 64-Channels Digital Antenna Array. // 18th International Conference on Microwaves, Radar, and Wireless Communications (MIKON-2010) and 11th International Radar Symposium (IRS 2010). Conference Proceedings. - Vilnius, Lithuania, June 14-18, 2010. Pp. 562-564. www.slyusar.kiev.ua/MIKON2010.pdf. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601