Устройство измерения параметров волнового фронта

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНОВОГО ФРОНТА(71) Заявитель Белоруссгшй государственный университет информатики и радиоэлектроники (ВТ)(73) Патентообладатель Белоруссшхй государсгвенньш университет информати ки и радиоэлектроники (ВУ)Устройство измерения параметров волнового фронта, содержащее парабошигчесгсуго зеркальную антенну и первьпй измерительный канал, содержавший первый и второй агиплигудъгые детекторы, входы когорых являются входами канала, а выходы подсвечены к соответствующим входам вьшггателя,выход которого связан со входом формирующего фшгьтра, выход которого является выходом измерительного канала, отличающееся тем, что оно снабжено вторым и третьим измеригеггьнъпуш канапаьш,форшигрователем фазового расггределег-пигя, содержавшим последовательно соединенные аналогошигфровой преобразователь, элекгрош-гьпй вычислитель и Буферное устройство, и многоэлеменгной фазированной антенной решеткой проходного типа, с тыльной стороны которой закреплена парабошигческая зеркальная антенна, в фокусе которой размещен блок рецепторов, состоящий из трех пар рецепторов по координатам Х, У и 2, СВЯЗЩ-Ц-ЬШ со входами трех измерительных каналов, выходы которых пошсшочеггы ко входам форшхгрователя фазового распределения, выходы которого подключены к управляющим входам многоэлеменгной фазированной антенной решетки.Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для решения ряда прикладных задач в области радиолокации, радиовидения, энергетики, а также в промышленных системах народного хозяйства, использующих параметры волнового фронта - наклон и кривизну, а также метод амплитудного мгновенного сравнения (АМС) сигналов, для определения местоположения и обеспечения фокусировки СВЧ энергии в заданной области.Известно устройство измерения параметров волнового фронта методом фазового мгновенного сравнения (ФМС) сигналов, определяющее наклон и кривизну волнового фронта 1.Данное устройство позволяет определить наклон волнового фронта, но значительно уступает заявляемому устройству в точности измерения.Данное устройство позволяет определить с большой точностью наклон волнового фронта(направление на источник излучения) при работе источника в дальней зоне. В этом случае величина кривизны волнового фронта будет ничтожно мала, и волновой фронт можно считать практически плоским. Однако, если источник излучения находится в ближней зоне, то волновой фронт приобретает ярко выраженную кривизну и появляется возможность определения дальности до источника излучения путем измерения кривизны волнового фронта.Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, который выражается в расширении функциональных возможностей устройства за счет измерения кривизны волнового фронта и, следовательно, определения дальности до источника излучения, а таюке в значительном увеличении точности измерения за счет увеличения числа элементарных сигналов, принимающих участие в формировании сигнала ошибки 2.Это достигается тем, что в устройстве измерения параметров волнового фронта, содержащее параболическую зеркальную антенну и первый измерительный канал, содержащий первый и второй амплитудные детекторы, входы которых являются входами канала, а выходы подключены к соответствующим входам вычитателя, вход которого связан со входом формирующего фильтра, выход которого является выходом измерительного канала, отличающееся тем, что оно снабжено вторым и третьим измерительными каналами, формирователем фазового распределения, содержащим последовательно соединенные аналоге-цифровой преобразователь, электронный вычислитель и буферное устройство, и многоэлементной фазированной антенной решеткой проходного типа, с тыльной стороны которой закреплена параболическая зеркальная антенна, в фокусе которой размещен блок рецепторов, состоящий из трех пар рецепторов по координатам Х, У, и 2, связанных со входами трех измерительных каналов, выходы которых подключены ко входам формирователя фазового распределения, выходы которого подключены к управляющим входам фазированной антенной решетки.Указанная совокупность существенных признаков позволяет реализовать измерение параметров волнового фронта источника радиоизлучения, работающего в ближней зоне. За счет использования ФАР проходного типа, параболической зеркальной антенны и блока рецепторов, введение раздельной обработки принимаемого сигнала по трем пространственным координатам становится возможным одновременное определение трех амплитудных составляющих сигнала, обусловленных наклоном волнового фронта в двух плоскостях, а также кривизной волнового фронта. Измерение кривизны волнового фронта позволяет определить дальность до источника радиоизлучения, что, совместно е измерением наклона волнового фронта(направлением на источник), позволяет решить задачу определения местоположения источника, а также фокусировтш СВЧ энергии в заданную область.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства измерения параметров волнового фронта.Устройство измерения параметров волнового фронта содержит фазированную антенную решетку проходного типа 1, параболическую зеркальную антенну 2, блок рецепторов З, первый амплитудный детектор 4, второй амплитудный детектор 5, третий амплитудный детектор б,четвертый амплитудный детектор 7, пятый амплитудный детектор 8, шестой амплитудный детектор 9, первое разностное устройство 10, второе разностное устройство 11, третье разностное устройство 12, первый формирующий фильтр 13, второй формирующий фильтр 14, третий формирующий фильтр 15, исполнительное устройство 16.При этом параболическая зеркальная антенна 2 крепится с тыльной стороны фазированной антенной решетки 1, блок рецепторов 3 размещается в фокусе параболической зеркальной антенны 2, входы первого амплитудного детектора 4 и второго амплитудного детектора 5 подключены к рецепторам по координате х, входы третьего амплитудного детектора 6 и четвертого амплитудного детектора 7 подключены к рецепторам по координате у, входы пятого ампли ВТ 1578 С 1ТУДНОГО детектора 8 И ШВСТОГО ЗМПЛИТУДНОГО детектора 9 ПОДКЛЮЧВНЫ К РСЦСПТОРНМ ПО КООР динате 2, выходы первого амплитудного детектора 4 и второго амплитудного детектора 5 подключены ко входам первого разностного устройства 10, выход которого подключен ковходу первого формирующего фильтра 13, выходы третьего амплитудного детектора 6 и четвертого амплитудного детектора 7 подключены ко входам второго разностного устройства 11, выход которого подключен ко входу второго формирующего фильтра 14, выходы пятого амплитудного детектора 8 и шестого амплитудного детектора 9 подключены ко входам третьего разностного устройства 12, выход которого подключен ко входу третьего формирующего фильтра 15, выходы первого формирующего фильтра 13, второго формирующего фильтра 14 и третьего формирующего фильтра 15 подключены соответственно к первому, второму и третьему входам исполнительного устройства 16, выход которого яв ляется общим выходом всего устройства . Рассмотрим принцип работы устройства. Сигнал источника радиоизлучения прини мается элементами фазированной антенной решетки (фазовращателями) и переизлучается на параболическую зеркальную антенну. При этом фазовращатели изменяют фазу проходящих через них элементарных сигналов таким образом, что фронт волны, излучающейся на параболическую антенну, становится плоским. параболическая антенна принимает элементарные сигналы от фазовращателей и фокусирует их в зоне фокусировки, находящейся в фокусе антенны, играя тем самым роль пространственного когерентного сумматора (накопителя). Накопленный таким образом пространственный сигнал будет, как уже отмечалось, формироваться в районе фокуса параболической зеркальной антенны в виде СВЧ поля, причем эффективные размеры зоны фокусировки х, у, 2 будут определяться СЛЕДУЮЩИМИ СООТНОШСНИЯМИНапряженность СВЧ поля фиксируется с помощью блока рецептора по координатам х,у, я. Напряжения на выходе рецептора соответствуют отклонению СВЧ поля от фокуса зеркальной антенны по соответствующей координате. Производя далее попарное сравнение напряжений согласно методу АМС (с использованием разностных устройств и формирующих фильтров) можно получить три сигнала ошибки. Два из них будут пропорциональны отклонению (рассогласованию) по наклону в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а третий - отклонению (рассогласованию) по кривизне волнового фронта, поскольку изменение дальности до источника радиоизлучения и угла места источника радиоизлучения от первоначального положения изменения наклона и кривизны волнового фронта в точке приема, что в свою очередь приводит к отклонению сфокусированного параболической зеркальной антенной сигнала от фокуса антенны соответственно на величинубд Ассх- Сов сих Гз БУ Аосу- Сов ау 3з, АК- совг с т /2 к 2, ГДЕ С - НЗПРНВЛВНИС на ИСТОЧНИК РЗДИОИЗЛУЧСНИЯ, Ко - расстояние до источника радиоизлучения, АК- изменение расстояния до источника, Аоь - Изменение угла места.Полученные таким образом значения сигналов ошибки однозначно характеризуют отклонение источника радиоизлучения от выбранного (истинного) положения, например,равносигнального направления, что позволяет с помощью вычислителя рассчитать по тремсигналам ошибки значения изменившихся параметров волнового фронта и соответствующее им фазовое распределение на раскрыве антенной решетки, а также значения коэффициентов передачи для элементов фазированной антенной решетки, при которых сигналы ошибки будут стремиться к нулю. По полученным значениям наклона волнового фронта в двух плоскостях и кривизне волнового фронта можно определить местоположение источника радиоизлучения, отображая его координаты на индикаторном устройстве, а такжеСОЗДЗВЗТЬ СИСТЕМЫ НВТОМНТИЧВСКОГО СЛЕЖЕНИЯ.Заказ 2512 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь.