RU106044U1

RU106044U1 - PHASED ANTENNA BEAM CONTROL SYSTEM

Info

Publication number: RU106044U1
Application number: RU2011106241/07U
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Болебонов; Алексей Юльевич Бургасов; Сергей Алексеевич Курбатский; Сергей Валентинович Ряполов; Александр Викторович Хомяков
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2011-06-27

Abstract

1. Система управления лучом фазированной антенной решетки, содержащая n каналов управления фазовращателями, шину тактовых импульсов, шину передачи данных и постоянное запоминающее устройство, отличающаяся тем, что каждый канал управления выполнен в виде нескольких схем управления, соединенных с шинами передачи данных и тактовых импульсов, при этом шина передачи данных выполнена в виде последовательной одноразрядной шины, кроме того, каждая схема управления соединена с шинами импульсов записи и тестовых импульсов. ! 2. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.1, отличающаяся тем, что каждая схема управления фазовращателем выполнена в виде регистра сдвига, регистра-защелки, ключей и датчика короткого замыкания и обрыва, причем параллельные выходы регистра сдвига соединены со входами регистра-защелки, выходы которого соединены со входами ключей, выходы их соединены с управляющими входами фазовращателя и со входами датчиков короткого замыкания и обрыва, соединенных с регистром сдвига, выходом связанным с последующим регистром сдвига схемы управления. ! 3. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.2, отличающаяся тем, что выход последней схемы канала управления является шиной контрольных данных. ! 4. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.1, отличающаяся тем, что каналы управления и соединенный с ними микропроцессор, включающий постоянное запоминающее устройство, объединены в модуль управления лучом, соединенный двунаправленной шиной связи с управляющей ЭВМ. ! 5. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.4, отличающаяся тем, что она � 1. The phased array antenna beam control system comprising n phase shifter control channels, a clock bus, a data bus and read-only memory device, characterized in that each control channel is made in the form of several control circuits connected to data and clock pulses, the data bus is made in the form of a single-bit serial bus, in addition, each control circuit is connected to the bus of the write pulses and test pulses. ! 2. The phased array antenna beam control system according to claim 1, characterized in that each phase shifter control circuit is made in the form of a shift register, a latch register, keys and a short circuit and open circuit sensor, the parallel outputs of the shift register being connected to the inputs of the register-latch the outputs of which are connected to the inputs of the keys, their outputs are connected to the control inputs of the phase shifter and to the inputs of the short circuit and open sensors connected to the shift register, the output associated with the subsequent shift register a control circuit. ! 3. The control system of the phased array antenna beam according to claim 2, characterized in that the output of the last control channel circuit is a control data bus. ! 4. The beam control system of the phased array antenna according to claim 1, characterized in that the control channels and a microprocessor connected to them, including a read-only memory device, are combined in a beam control module connected by a bi-directional communication bus to a control computer. ! 5. The control system of the phased array antenna beam according to claim 4, characterized in that it �

Description

Полезная модель относится к области антенной техники, в частности, к устройствам управления лучом фазированных решеток (ФАР).The invention relates to the field of antenna technology, in particular, to phased array beam control devices (PAR).

Известно устройство управления лучом ФАР, содержащее специализированный вычислитель для определения сигналов, управляющих фазовращателями (патент ФРГ №1766174, H01Q 3/26, 1973).A device for controlling a beam of a phased array containing a specialized computer for determining the signals that control the phase shifters (German patent No. 1766174, H01Q 3/26, 1973).

Недостатком известного устройства управления лучом ФАР является его сложность и невысокая надежность.A disadvantage of the known device for controlling the beam of the PAR is its complexity and low reliability.

Известно техническое решение программного управления лучом ФАР, содержащее n каналов управления и шины стартовых и тактовых импульсов (патент США №3999182, H01Q 3/26, 1976).A technical solution is known for programmatically controlling the beam of the PAR, containing n control channels and buses of the start and clock pulses (US patent No. 3999182, H01Q 3/26, 1976).

Недостатком этого устройства является невысокая надежность.The disadvantage of this device is its low reliability.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является устройство программного управления лучом ФАР, содержащее n каналов управления и шины стартовых и тактовых импульсов, а также шины сигналов логической единицы и логического нуля, а каждый из n каналов управления состоит из автономного постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), адресного счетчика и счетчика делителя на n, при этом элементы устройства соответствующим образом связаны между собой (Авторское свидетельство СССР №1136699, H01Q 3/26, 1983).The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed one is a device for programmed beam control of a phased array containing n control channels and bus start and clock pulses, as well as a bus signal of a logical unit and a logical zero, and each of the n control channels consists of an autonomous read-only memory (ROM), the address counter and the counter of the divisor by n, while the elements of the device are accordingly interconnected (USSR Author's Certificate No. 1136699, H01Q 3/26, 1983).

Недостатками данного устройства являются отсутствие контроля исправности фазовращателей, отсутствие обратной связи с управляющей ЭВМ, при увеличении количества каналов пропорционально увеличивается объем аппаратуры расчета фаз, что приводит к невысокой надежности всего устройства.The disadvantages of this device are the lack of monitoring the health of the phase shifters, the lack of feedback from the control computer, with an increase in the number of channels, the volume of the phase calculation equipment increases proportionally, which leads to low reliability of the entire device.

Перед авторами стояла задача создания системы управления лучом для ФАР на основе дискретных полупроводниковых фазовращателей, лишенной недостатков известных устройств в части надежности с повышенными функциональными возможностями, в частности - контроль исправности фазовращателей ФАР, хранение большего объема констант, при уменьшении габаритов и веса с одновременной возможностью обеспечения переключения луча ФАР за отведенное время.The authors were faced with the task of creating a beam control system for the headlamps based on discrete semiconductor phase shifters, devoid of the disadvantages of the known devices in terms of reliability with increased functionality, in particular - monitoring the health of the phase shifters, storing a larger volume of constants, while reducing the size and weight while providing the opportunity switching the headlamp beam in the allotted time.

Задача решена за счет того, что в системе управления лучом фазированной антенной решетки, содержащей n каналов управления фазовращателями, шину тактовых импульсов, шину передачи данных и постоянное запоминающее устройство каждый канал управления выполнен в виде нескольких схем управления, соединенных с шинами передачи данных и тактовых импульсов, при этом шина передачи данных выполнена в виде последовательной одноразрядной шины, кроме того, каждая схема управления соединена с шинами импульсов записи и тестовых импульсов.The problem is solved due to the fact that in the beam control system of a phased antenna array containing n phase shifter control channels, a clock bus, a data bus and read-only memory, each control channel is made in the form of several control circuits connected to data and clock pulses while the data bus is made in the form of a serial single-bit bus, in addition, each control circuit is connected to the bus of the write pulses and test pulses.

Каждая схема управления фазовращателем выполнена в виде регистра сдвига, регистра-защелки, ключей и датчиков короткого замыкания и обрыва, причем параллельные выходы регистра сдвига соединены со входами регистра-защелки, выходы которого соединены со входами ключей, выходы их соединены с управляющими входами фазовращателя и со входами датчика короткого замыкания и обрыва, соединенных с регистром сдвига, выходом связанным с последующим регистром сдвига схемы управления.Each phase shifter control circuit is made in the form of a shift register, a register-latch, keys and short circuit and open sensors, with the parallel outputs of the shift register connected to the inputs of the register-latch, the outputs of which are connected to the inputs of the keys, their outputs are connected to the control inputs of the phase shifter and inputs of the sensor short circuit and open circuit connected to the shift register, the output associated with the subsequent shift register of the control circuit.

Выход последней схемы канала управления является шиной контрольных данных.The output of the last control channel circuit is a control data bus.

Каналы управления и соединенный с ними микропроцессор, включающий постоянное запоминающее устройство, объединены в модуль управления лучом, соединенный двунаправленной шиной связи с управляющей ЭВМ.The control channels and the microprocessor connected to them, including a read-only memory, are combined in a beam control module connected by a bi-directional communication bus to the host computer.

Система управления лучом фазированной антенной решетки содержит несколько модулей управления лучом, соединенных по общей двунаправленной шине связи с управляющей ЭВМ.The phased array antenna beam control system comprises several beam control modules connected via a common bi-directional communication bus to a host computer.

Постоянное запоминающее устройство выполнено репрограммируемым.The read only memory is reprogrammable.

Заявляемая система обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.The inventive system has a combination of essential features not known from the prior art for products of this purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the utility model.

Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежа, где представлена структурная схема системы управления лучом ФАР.The essence of the utility model is illustrated using the drawing, which shows the structural diagram of the beam control system HEADLIGHTS.

Система управления лучом ФАР содержит модули 1 управления лучом, двунаправленную шину 2 связи с управляющей ЭВМ, микропроцессор 3, репрограммируемое постоянное запоминающее устройство 4, канал 5 управления, шину 6 передачи данных на канал 5 управления, шину 7 контрольных данных канала 5 управления, шину 8 тактовых импульсов, шину 9 импульсов записи, шину 10 тестовых импульсов, регистр 11 сдвига, регистр-защелку 12, ключи 13 управления, датчики 14 короткого замыкания и обрыва.The PAIR beam control system contains beam control modules 1, a bi-directional communication bus 2 with a control computer, a microprocessor 3, a programmable read-only memory 4, a control channel 5, a data transmission bus 6 to a control channel 5, a control data bus 7 of the control channel 5, a bus 8 clock pulses, bus 9 recording pulses, bus 10 test pulses, shift register 11, latch register 12, control keys 13, short circuit and open sensors 14.

В состав системы управления лучом ФАР входит несколько модулей 1 управления, что зависит от количества фазовращателей 15 и предъявляемых временных требований.The composition of the beam control system PAR includes several control modules 1, which depends on the number of phase shifters 15 and the time requirements.

Модуль управления лучом может работать в нескольких режимах, задаваемых командами управляющей ЭВМ по двунаправленной шине 2 связи. Основным режимом работы является режим управления лучом. Режимы проверок передачи данных на короткое замыкание и обрыв обеспечивают встроенную диагностику ФАР в процессе эксплуатации, а также на этапе сборки и настройки.The beam control module can operate in several modes defined by the commands of the control computer via a bi-directional communication bus 2. The main mode of operation is the beam control mode. The modes of checking data transmission for short circuit and open circuit provide integrated diagnostics of the HEADLIGHTS during operation, as well as during the assembly and adjustment phase.

В режиме управления лучом система работает следующим образом.In beam control mode, the system operates as follows.

По двунаправленной шине 2 связи от управляющей ЭВМ одновременно на все модули 1 поступает команда установки луча, содержащая угол отклонения луча по горизонтали, угол отклонения по вертикали и номер рабочего частотного диапазона. В каждом из модулей 1 микропроцессор 3 производит расчет фазовых сдвигов, представляющих собой 4-х разрядные двоичные коды, для каждого фазовращателя 15, компонует их для передачи в регистры 11 сдвига по шине 6 передачи данных каждого канала 5 управления, формирует последовательность управляющих сигналов по шине 8 тактовых импульсов, в результате чего код каждого фазового сдвига оказывается в регистре 11 сдвига соответствующего фазовращателя 15. Затем процессор 3 формирует импульс записи по шине 9 импульсов записи, которым коды фазовых сдвигов переписываются из регистров 11 в регистры-защелки 12, откуда подаются на управляющие входы ключей 13, подающих управляющие токи на управляющие входы фазовращателей 15.On a bidirectional communication bus 2 from the host computer simultaneously to all modules 1 receives a beam setup command containing the horizontal angle of the beam, the vertical angle and the number of the operating frequency range. In each of the modules 1, the microprocessor 3 calculates the phase shifts, which are 4-bit binary codes, for each phase shifter 15, composes them for transmission to the shift registers 11 via the data bus 6 of each control channel 5, generates a sequence of control signals on the bus 8 clock pulses, as a result of which the code of each phase shift is in the shift register 11 of the corresponding phase shifter 15. Then, the processor 3 generates a recording pulse on the bus 9 of the recording pulses by which the phase shift codes erepisyvayutsya from registers 11 to registers latch 12, whence are supplied to control inputs of the keys 13, the feed control currents to the control inputs of the phase shifters 15.

В режиме проверки передачи данных в каждый канал 5 управления по шине 6 передачи данных подаются данные, синхронизированные с серией тактовых импульсов на шине 8 тактовых импульсов таким образом, что в результате данные продвигаются во все регистры 11 сдвига канала 5 управления. Одновременно с выхода последнего регистра 11 сдвига по шине 7 контрольных данных данные передаются в микропроцессор 3. При повторной подаче серии тактовых импульсов по шине 8 тактовых импульсов данные, ранее загруженные в регистр 11 сдвига, передаются по шине 7 контрольных данных в микропроцессор 3, где сравниваются с переданными. Совпадение переданных и принятых микропроцессором 3 данных свидетельствует об исправности цепей обмена данными.In the test mode of data transmission to each control channel 5 via data bus 6, data is synchronized with a series of clock pulses on the clock bus 8 in such a way that as a result the data is advanced to all shift registers 11 of the control channel 5. Simultaneously with the output of the last shift register 11 via the control data bus 7, the data is transmitted to the microprocessor 3. When a series of clock pulses is re-fed via the 8 clock pulses bus, the data previously loaded into the shift register 11 is transmitted via the control data bus 7 to the microprocessor 3, where they are compared with transmitted. The coincidence of the data transmitted and received by the microprocessor 3 indicates the serviceability of the data exchange circuits.

В режимах проверки на короткое замыкание и обрыв схема управления работает также, как и в режиме управления лучом, но коды фазовых сдвигов определены заранее. При подаче на фазовращатель 15 кода 0000₂ его датчики 14 короткого замыкания и обрыва формируют признак обрыва, а при подаче 1111₂ - признак короткого замыкания. Биты этих признаков устанавливаются в активный уровень при наличии соответствующей неисправности.In the short-circuit and open-circuit test modes, the control circuit works the same as in the beam control mode, but the phase shift codes are predetermined. When the code 0000 _{2 is} supplied to the phase shifter 15, its short circuit and break sensors 14 form a break sign, and when 1111 ₂ is supplied, a short circuit sign. The bits of these signs are set to the active level if there is a corresponding malfunction.

Импульсом с шины 10 тестовых импульсов биты этих признаков переписываются в регистры 11 сдвига соответствующих фазовращателей, откуда серией тактовых импульсов с шины 8 тактовых импульсов передаются в микропроцессор 3 и далее - в управляющую ЭВМ.By a pulse from the bus 10 of the test pulses, the bits of these signs are copied to the shift registers 11 of the corresponding phase shifters, from where a series of clock pulses from the bus 8 of the clock pulses are transmitted to the microprocessor 3 and then to the control computer.

В состав микропроцессора 3 входит электрически репрограммируемое постоянное запоминающее устройство (РПЗУ) 4, которое используется для хранения программы работы микропроцессора 3 и необходимых констант.The microprocessor 3 includes an electrically programmable read-only memory (RPS) 4, which is used to store the microprocessor 3 program of work and the necessary constants.

В целях уменьшения количества оборудования, снижения веса изделия при одновременном обеспечении необходимого быстродействия использована одновременная загрузка управляющих кодов фазовращателей 15 во все каналы 5 управления модулей 1, при этом каждый канал 5 управления фазовращателей 15 загружается по последовательной одноразрядной шине 6 передачи данных.In order to reduce the amount of equipment, reduce the weight of the product while ensuring the necessary performance, we used the simultaneous loading of the control codes of the phase shifters 15 to all control channels 5 of the modules 1, while each control channel 5 of the phase shifters 15 is loaded via a serial single-bit data transfer bus 6.

Система управления лучом ФАР состоит из нескольких одинаковых модулей 1, каждый из которых построен на основе микропроцессора 3. Модульная структура системы управления лучом позволяет применить ее для ФАР разной конфигурации и размеров. Все модули 1 управляются ЭВМ по одной двунаправленной шине 2 связи и работают синхронно в режиме управления лучом и раздельно в других режимах.The AFR beam control system consists of several identical modules 1, each of which is built on the basis of microprocessor 3. The modular structure of the beam control system allows it to be used for the PARs of various configurations and sizes. All modules 1 are controlled by a computer via one bi-directional communication bus 2 and operate synchronously in the beam control mode and separately in other modes.

Каналы 5 управления содержат разное количество фазовращателей 15, оно зависит от места канала в антенне: максимальное количество - в середине антенны и постепенно уменьшается в верхней и нижней ее частях.The control channels 5 contain a different number of phase shifters 15, it depends on the channel location in the antenna: the maximum number is in the middle of the antenna and gradually decreases in its upper and lower parts.

Каждый фазовращатель 15 имеет схему управления, состоящую из четырехразрядного регистра 11 сдвига, регистра-защелки 12, ключей 13 управления фазовращателем 15 и датчиков 14 короткого замыкания и обрыва.Each phase shifter 15 has a control circuit consisting of a four-bit shift register 11, a latch register 12, keys 13 for controlling the phase shifter 15, and short circuit and open sensors 14.

В пределах канала 5 управления регистры 11 сдвига всех фазовращателей 15 объединены в один регистр разрядностью 4xN, где N - количество фазовращателей 15 в канале 5 управления. Данные для фазовращателей 15 в виде последовательного кода поступают на вход регистра 11 сдвига первой схемы управления канала 5. Одновременно данные с выхода регистра 11 сдвига последней схемы управления канала 5 считываются в микропроцессор 3.Within the control channel 5, the shift registers 11 of all phase shifters 15 are combined into a single register of 4xN bits, where N is the number of phase shifters 15 in the control channel 5. The data for the phase shifters 15 in the form of a serial code are input to the shift register 11 of the first channel 5 control circuit. At the same time, the data from the output of the shift register 11 of the last channel 5 control circuit is read into the microprocessor 3.

Примером реализации заявляемой системы является разработанная на предприятии система управления лучом ФАР, состоящая из четырех модулей, где в качестве микропроцессора использован сигнальный микроконтроллер 1892 ВМ3Т и 8-разрядное РПЗУ 1536РР1У, каждый из которых содержит одиннадцать каналов управления. В канал управления входят от четырех до одиннадцати фазовращателей со схемами управления. Связь модулей управления лучом с управляющей ЭВМ организована по интерфейсу RS-422. РПЗУ 1536РР1У используется для хранения программы работы микроконтроллера 1892 ВМ3Т и необходимых констант, в том числе таблиц начальных фазовых поправок. Для записи программ и таблиц начальных фазовых поправок в РПЗУ разработано соответствующее программное обеспечение.An example of the implementation of the claimed system is a phar beam control system developed at the enterprise, consisting of four modules, where the signal microcontroller 1892 BM3T and the 8-bit RPZU 1536РР1У, each of which contains eleven control channels, are used as a microprocessor. The control channel includes from four to eleven phase shifters with control circuits. The connection of the beam control modules with the control computer is organized via the RS-422 interface. RPZU 1536РР1У is used to store the program of work of the microcontroller 1892 VM3T and the necessary constants, including tables of initial phase corrections. To write programs and tables of initial phase corrections in the RPZU, the corresponding software has been developed.

На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация на заявляемую систему управления лучом ФАР, изготовлены экспериментальный и опытный образцы ФАР с данной системой, испытания которых подтвердили ее работоспособность и эффективность. В настоящее время предприятие приступило к изготовлению нескольких серийных изделий, реализующих заявляемую конструкцию.The applicant company has developed design documentation for the inventive headlight beam control system, experimental and prototype headlamps with this system have been manufactured, the tests of which have confirmed its efficiency and effectiveness. Currently, the company has begun manufacturing several serial products that implement the claimed design.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели.The above allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for a utility model is met.

Claims

1. The phased array antenna beam control system comprising n phase shifter control channels, a clock bus, a data bus and read-only memory device, characterized in that each control channel is made in the form of several control circuits connected to data and clock pulses, the data bus is made in the form of a single-bit serial bus, in addition, each control circuit is connected to the bus of the write pulses and test pulses.

2. The phased array antenna beam control system according to claim 1, characterized in that each phase shifter control circuit is made in the form of a shift register, a latch register, keys and a short circuit and open circuit sensor, the parallel outputs of the shift register being connected to the inputs of the register-latch the outputs of which are connected to the inputs of the keys, their outputs are connected to the control inputs of the phase shifter and to the inputs of the short circuit and open sensors connected to the shift register, the output associated with the subsequent shift register a control circuit.

3. The control system of the phased array antenna beam according to claim 2, characterized in that the output of the last control channel circuit is a control data bus.

4. The beam control system of the phased array antenna according to claim 1, characterized in that the control channels and a microprocessor connected to them, including a read-only memory device, are combined in a beam control module connected by a bi-directional communication bus to a control computer.

5. The beam control system of the phased array antenna according to claim 4, characterized in that it comprises several beam control modules connected via a common bidirectional communication bus to the host computer.

6. The phased array antenna beam control system according to claim 4, characterized in that the read-only memory is reprogrammable.