Исследование методов электронной стабилизации многолучевых диаграмм направленности антенн Палазиенко, Александр Анатольевич

Введение к работе

І. Актуальность проблемы. Успешное решение задач эффективного иик'мьЮианпи йодных ресурсов, безопасного судовождения и контроля за состоянием,модной среды в значительной мере зависит от степени и уровня оснащенности судов различного назначения гидроакустическими средствами, так как акустическое поле порой является единственным источником информации о состоянии водной среды и объектах расположенных под водой и на ее поверхности.

Создаваемые в настоящее время многофункциональные гидролокационные станции (ГЛС) (решение задачи поиска, сопровождения нескольких целей, передачи данных и т.д.) используют фазированные антенные решетки (ФАР). Ядром таких систем является электронный формирователь диаграмм направленности (ДФ), который формирует сканирующую диаграмму направленности (ДН) (последовательный обзор), либо статический веер диаграмм (параллельный обзор). Современные требования к точности и скорости решения задач пеленгования и сопровождения цели вынуждают разработчиков средств ГАС создавать электронные формирователи с шириной луча диаграммы порядка 1-2 градусов. Носители такпл антенн (корабль, буксируемая платформа) подвержены постоянному влиянию факторов (качка моря, вибрации), которые дестабилизируют положение антенны, а следовательно, и веера диаграмм в пространстве. Амплитуда качки может достигать 10-15 градусов, что сводит на нет усилия по увеличению точности пеленгования объектов.

Предлагаются различные механические и электронные способы ста
билизации в пространстве таких ДН в условиях качки и вибрации носите
ля. Реализация механических способов сопряжена с трудностями из-за
инерционности исполнительных механизмов. Существующие алгоритмы
электронной стабилизации оказываются работоспособными лишь при
значительных ограничениях к характеристикам ГАС. Аппаратурная или
программная реализация этих способов приводит либо к чрезмерным
затратам оборудования, либо не-обеспечивает должной производитель
ности. ,

Таким образом, существут проблема исследования методов элек-. тронной стабилизации многолучевых диаграмм направленности и разработки на его основе оптимальной программно-аппаратной системы стабилизации, в связи с чем тема диссертационной работы является актуальной.

Целью диссертационной работы является исследование методов и разработка оптимальной программно-аппаратной системы электронной стабилизации многолучевых диаграмм направленности с учетом современного состояния и тенденций развития аналоговой и цифровой техники. . Основные задачи исследования.

1. Анализ возможных способов построения диаграммоформнровак:-лей с учетом влияния качки и вибрации носителя на качеепт решении за-

дач пеленгования и слежения и разработка укрупненной классификации возможных систем со стабилизациен.

1. Исследование устройств систем формирования статического веера диаграмм с целью построения систем с дискретной стабилизацией комму-іаіикншої о типа.

2. Исследование структур систем временного типа и фазового типа с непрерывным сканированием веера диаграмм и их сравнительного анали-;а с сисіемами коммутационного типа с дискретной стабилизацией.

3. Анализ системных вопросов работы ДФ с дискретной стабилизацией.

4. Разработка имитационной модели и проверка полученных резуль-іа ти с ее помощью.

Научная новизна рабоп.і.

1. Предложен принцип перекоммутации лучей при стабилизации
веера диаграмм направленности.

2. Дока tana возможность построения п разработана структура оти-ма.н.ною по аппаратурным затратам многоступенчатого ДФ с дискрет ней стабилизацией.

3. Разработана зффек тинная многоступенчатая структура ДФ со стабилизацией для узкого сектора обзора.

4. Разработан алгоритм расчета оптимальной схемы формирования п перекоммутации диаграмм ступеней многоступенчатого ДФ.

5. Предложена структура комбинированного ДФ с перекомму тайней лучен при больших углах качки и непрерывным сканированием в пределах луча.

о. Предложен принцип включения режима стабилизации веера оператором при наличии цели в каналах ГАС.

/. Разработана структура синхронизатора переключений веера диаграмм в моменты равенства мгновенных значений сигнала в соседних дпл-I раммах.

8. Разработаны принципы функционирования и структура жстрапо-ляцин сигнала качки и управляющих воздействии в реальном масштабе времени.

Практическая ценность работы заключается в том. что исследование средств диаіраммоформировання позволило получить структуры ДФ, стабилизирующие положение веера диаграмм направленности в пространстве.

Предложенный п диссертации принцип стабилизации диаграмм нх перекоммутацией привел к созданию многоступенчатой структуры ДФ и специальных вспомоииельпых средств, которые позволили решить задачу і ілбллизашиї в максимально широком спектре существующих в настоящее гремя ДФ с минимальным ухудшением их характеристш и затратами оборудования.

Комбинированная структура на основе элементов дискретных и непрерывных систем со стабилизацией обеспечила оптимальную погрешность стабилизации ДН в пространстве в широком сектсрё обзора.

Разработка сйнлринюатора переключений уменьшила нежелательные разрывы фаз сигнала при коммутациях, а экстраполяция качки и управляющих воздействий обеспечила работу многоступенчатых структур и разгрузила устройство управления ДФ, делая это в реальном масштабе времени.

Таким образом, полученные результаты позволили качественно улучшить уровень решения задач пеленгования и слежения с минимальными аппаратными затратами и в рамках существующих сейчас систем.

Использование результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы и внедрены при выполнении хоздоговорной работы № 12307 (НИИ "Риф") и двух госбюджетных НИР (№ ГР 01950004517 и "Салют-М"), что подтверждено соответствующим актом.

Апробация работы. По результатам работьг делались доклады на Всесоюзной конференции "Проблемы разработки и внедрения микропроцессорных комплексов с сетевой архитектурой", Севастополь, 1990; 8-й межотраслевой научно-технической конференции по цифровой обработке информации, Таганрог, 1990; Всесоюзной научно-технической конференции "Измерительные информационные системы", С.-Петербург, 1991; Областной научно-технической конференции посвященной Дню радио, Ростов-на-Дону, 1992.

Результаты работы докладывались также в течение ряда лет на науч_: но-технических конференциях профессорско-преподазагельского состава ТРТУ.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения , пяти разделов, заключения, перечня использованных источников, а также приложений. Основная часть (кроме приложений и перечня использованных источников) содержит 148 страниц-машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 79 страницах. Перечень использованных источников включаег 51 наименований.

Автор защищает:

1. Принцип перекоммутации лучей при стабилизации диаграмм направленности.

2. Структуру оптимального по аппаратурным затратам многоступенчатого ДФ со стабилизацией.

3. Многоступенчатую структуру ДФ со стабилизацией для узкого сектора обзора.

4. Алгоритм расчета оптимальной схемы формирования и перекоммутации диаграмм ступеней многоступенчатого ДФ.

5. Структуру комбинированного ДФ с перекоммутацией лучей при больших углах качки и непрерывным"сканированием в пределах луча.

6. Структуру синхронизатора переключений веера диаграмм в моменты равенства мгновенных значений сигнала в соседних диаграммах.

7. Принципы функционирования и структуру блока экстраполяции сигнала качкий управляющих воздействий в реальном масштабе времени.