RU2718127C1 - Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system - Google Patents

Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system Download PDF

Info

Publication number
RU2718127C1
RU2718127C1 RU2019123399A RU2019123399A RU2718127C1 RU 2718127 C1 RU2718127 C1 RU 2718127C1 RU 2019123399 A RU2019123399 A RU 2019123399A RU 2019123399 A RU2019123399 A RU 2019123399A RU 2718127 C1 RU2718127 C1 RU 2718127C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
input
output
laser beam
antenna
Prior art date
Application number
RU2019123399A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Степан Михайлович Слободян
Дмитрий Анатольевич Барчуков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Priority to RU2019123399A priority Critical patent/RU2718127C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718127C1 publication Critical patent/RU2718127C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/01—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the shape of the antenna or antenna system

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering, namely to antenna equipment, more specifically to devices providing obtaining information on topology and other properties of surface of object. Device for controlling the shape of the reflective surface of the mirror-type antenna system includes a reflector and receiving-transmitting antenna of scanner antenna with control system, connected through switching device with generator and receiver of radiation of radio beam, which output is connected to first input of computing device, and the first output of the computing device is connected to the input of the scanner with the control system. Device further comprises a laser diagnostic unit consisting of a laser generator, a laser receiver, a laser beam axis alignment unit and a laser beam axis alignment unit and a radio beam, wherein alignment unit of laser beam axes and radio beam is installed before switching device, wherein input/output of alignment unit of axes of laser beam and radio beam is connected to scanner antenna probe, and other input is connected to input/output of alignment unit of axes of laser beam, wherein input of alignment unit of laser beam axes is connected to output of laser generator, and the output is connected to the input of the laser receiver, the output of which is connected to the second input of the computing device, besides, the antenna of the scanner probe is made in form of combined centres of symmetry of the radio beam of the probe and the laser beam of the probe. Reflector configured as a paraboloid of revolution. Scanner antenna pattern is configured to be scanned over the cross-shaped trajectory of the reflector surface. Unit alignment axes of the laser beam and the radiation beam is formed as a radio transparent plane-parallel plate.
EFFECT: technical result when realizing the disclosed solution consists in improvement of accuracy and reliability of measurement of non-uniformity of shape of reflecting surface of mirror-type antenna system.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а, именно, к антенной технике, точнее к устройствам, обеспечивающим получение информации о топологии и других свойствах поверхности объекта, предназначено для использования в подвижных системах радио -, оптической и фотонной связи, радиолокации и лазерных радарах от УФ до ТГц диапазона, а также для изучения поверхности тел и может быть использовано в средствах радиотехнического и лазерного контроля элементов систем обнаружения и пеленгования источников электромагнитного излучения.The invention relates to the field of radio engineering, and in particular, to antenna technology, and more specifically to devices that provide information about the topology and other properties of the surface of an object, is intended for use in mobile systems of radio, optical and photonic communication, radar and laser radars from UV to THz range, as well as for studying the surface of bodies and can be used in radio engineering and laser monitoring elements of systems for detecting and direction finding sources of electromagnetic radiation.

Устройство контроля формы отражающей поверхности антенн активных и пассивных радарных систем применяется в автономных системах измерения рельефа поверхностей путем сканирования их зондом, в устройствах диагностики и неразрушающего контроля неравномерности поверхностей, включая динамику их изменения с помощью известных методов, предназначенных для применения в микроскопии. The device for controlling the shape of the reflecting surface of the antennas of active and passive radar systems is used in autonomous systems for measuring the surface topography by scanning them with a probe, in diagnostic devices and non-destructive testing of surface irregularities, including the dynamics of their change using known methods designed for use in microscopy.

Известна зеркальная антенна (RU №2336615, кл. H01Q 15/00, опубл. 20.10.2008), содержащая отражающую поверхность, выполненную из параллельных проводящих пластин, кромки которых образуют параболическую поверхность, с вынесенными из фокуса облучателями с линейной зависимостью ширины их диаграммы направленности (ДН) от длины волны. Антенна формирует пучок пересекающихся между собой парциальных лучей, имеет стабильные по ширине парциальные ДН за счет применения облучателей с зависимостью ширины их ДН от длины волны.Known mirror antenna (RU No. 2336615, class H01Q 15/00, publ. 20.10.2008) containing a reflective surface made of parallel conductive plates, the edges of which form a parabolic surface, with irradiators removed from the focus with a linear dependence of the width of their radiation pattern (DN) of the wavelength. The antenna forms a beam of partial rays intersecting each other, has partial beam diameters that are stable in width due to the use of irradiators with a dependence of their beam width on the wavelength.

Недостатком данного устройства антенны является невысокая точность измерения неравномерности формы поверхности рефлектора из-за значительных искажений формы главного лепестка ДН и высокого уровня бокового излучения, связанных с дискретностью структуры и несинфазным сложением полей, фокусируемых фрагментами селективной поверхности отражателя с различными расстояниями между пластинами; её конструкция сложна и трудоемка из-за ошибок изготовления сборного отражателя, состоящего из большого числа тонких пластин. The disadvantage of this antenna device is the low accuracy of measuring the non-uniformity of the shape of the reflector surface due to significant distortions in the shape of the main lobe of the beam and a high level of lateral radiation associated with the discrete structure and non-phase addition of fields focused by fragments of the selective surface of the reflector with different distances between the plates; its design is complex and time-consuming due to manufacturing errors of a prefabricated reflector consisting of a large number of thin plates.

Известно устройство контроля и управления формой отражающей поверхности антенной системы зеркального типа (RU №2576493, кл. H01Q3/01, опубл. 05.02.2016), включающее рефлектор, оборудованный шасси, корпусом, набором устройств деформации, устройством привода, переключающим устройством, системой управления переключающим устройством, гибкой мембраной с отражателем, сформированным нанесением металлических частиц на поверхность гибкой мембраны, с введённым в систему управления переключающим устройством внешнего контура, ограничивающего отражающую поверхность гибкой мембраны рефлектора, который задают в виде выпуклого многогранника.A device for monitoring and controlling the shape of the reflecting surface of an antenna system of a mirror type (RU No. 2576493, class H01Q3 / 01, published 05.02.2016), including a reflector equipped with a chassis, a housing, a set of deformation devices, a drive device, a switching device, a control system a switching device, a flexible membrane with a reflector formed by the deposition of metal particles on the surface of the flexible membrane, with an external circuit introduced into the control system, limiting the reflective surface The surface of the flexible membrane of the reflector, which is defined as a convex polyhedron.

Недостаток устройства – малая точность оценки неравномерности отражающей поверхности гибкой мембраны рефлектора, связанная с низким коэффициентом полезного действия, особенно в области верхних частот, и искажениями формы главного лепестка ДН, обусловленными дискретностью структуры и несинфазным сложением полей, фокусируемых различными фрагментами селективной поверхности гибкого отражателя.The disadvantage of this device is the low accuracy of estimating the non-uniformity of the reflecting surface of the flexible membrane of the reflector, associated with a low coefficient of efficiency, especially in the high frequency region, and distortions in the shape of the main lobe of the beam due to the discrete structure and non-phase addition of fields focused by various fragments of the selective surface of the flexible reflector.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство контроля формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа, состоящего из установленных на шасси рефлектора антенны и сканера с системой управления сканером. Рефлектор антенны выполнен в виде приемно-передающего зонда и через переключающее устройство связан с генератором и приёмником излучения радиолуча, выход которого подключен к первому входу вычислительного устройства. А первый выход вычислительного устройства соединён с входом системы управления сканером (Фёдоров И.Б., Слукин Г.П., Митрохин В.Н., Крехтунов В.М. Элементная база зеркальных антенн и фазированных антенных решёток радиотехнических систем. Антенны, 2016, №8(228), с. 87–88.). Closest to the claimed technical solution is a device for controlling the shape of the reflective surface of an antenna system of a mirror type, consisting of an antenna reflector and a scanner mounted on the chassis with a scanner control system. The antenna reflector is made in the form of a transmitter-receiver probe and is connected through a switching device to a generator and a receiver of radiation of a radio beam, the output of which is connected to the first input of the computing device. And the first output of the computing device is connected to the input of the scanner control system (Fedorov IB, Slukin G.P., Mitrokhin V.N., Krekhtunov V.M. Elemental base of mirror antennas and phased antenna arrays of radio engineering systems. Antennas, 2016, No. 8 (228), pp. 87–88.).

Недостатками прототипа является низкая точность, надежность и достоверность измерения зондом из-за неравномерности формы поверхности отражателя, внесённой изменением формы ДН, обусловленной высоким уровнем ближних боковых лепестков ДН в плоскостях измерения, особенно внутри сектора пучка радиолучей, вызванных неоднородным изменением амплитуды возбуждения апертуры от излучателя, что приводит к погрешности измерения. Кроме того, антенна системы выполнена в большом размере, что также существенно снижает точность измерения профиля отражателя, удаленного от излучателя на определённое расстояние. The disadvantages of the prototype is the low accuracy, reliability and reliability of the probe measurement due to the uneven shape of the reflector surface introduced by a change in the shape of the beam due to the high level of the near side lobes of the beam in the measurement planes, especially inside the beam sector of the beam, caused by a non-uniform change in the amplitude of the aperture excitation from the emitter, which leads to measurement error. In addition, the antenna of the system is made in a large size, which also significantly reduces the accuracy of measuring the profile of the reflector, which is a certain distance from the emitter.

Технической проблемой изобретения является создание устройства контроля формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа, обеспечивающее возможность идентификации реального профиля неравномерности поверхности для компенсации в реальном времени погрешностей формирования антенной ДН. The technical problem of the invention is the creation of a device for controlling the shape of the reflecting surface of a mirror-type antenna system, which makes it possible to identify the real surface irregularity profile for real-time compensation of errors in the formation of the antenna of the antenna.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности измерения неравномерности формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа.The technical result of the invention is to improve the accuracy and reliability of measuring the uneven shape of the reflecting surface of the antenna system of the mirror type.

Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что устройство контроля формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа включает рефлектор и приемно-передающий зонд антенны сканера с системой управления, связанный через переключающее устройство с генератором и приёмником излучения радиолуча, выход которого подключен к первому входу вычислительного устройства, а первый выход вычислительного устройства соединён с входом сканера с системой управления. Согласно изобретению устройство дополнительно содержит блок лазерной диагностики, состоящий из лазерного генератора, лазерного приёмника, блока совмещения осей лазерного пучка и блок совмещения осей лазерного пучка и радиолуча, при этом блок совмещения осей лазерного пучка и радиолуча установлен перед переключающим устройством, причем вход-выход блока совмещения осей лазерного пучка и радиолуча соединён с зондом антенны сканера, а другой вход с входом-выходом блока совмещения осей лазерного пучка, при этом вход блока совмещения осей лазерного пучка соединён с выходом лазерного генератора, а выходом – с входом лазерного приёмника, выход которого соединён со вторым входом вычислительного устройства, кроме того, зонд антенны сканера выполнен в виде совмещённых центров симметрии радиолуча зонда и лазерного пучка зонда.The posed problem and the technical result are achieved in that the device for controlling the shape of the reflecting surface of the antenna system of the mirror type includes a reflector and a transmitter and receiver probe of the scanner antenna with a control system, connected through a switching device to a generator and a radio beam radiation receiver, the output of which is connected to the first input of the computing device , and the first output of the computing device is connected to the input of the scanner with a control system. According to the invention, the device further comprises a laser diagnostic unit, consisting of a laser generator, a laser receiver, a unit for aligning the axes of the laser beam and a unit for combining the axes of the laser beam and the beam, while a unit for combining the axes of the laser beam and the beam is installed in front of the switching device, the input / output of the unit alignment of the axes of the laser beam and the radio beam is connected to the probe of the antenna of the scanner, and the other input with the input-output of the block alignment of the axes of the laser beam, while the input of the block alignment of axes azernogo beam connected to the output of the laser oscillator, and the output - to the input of the laser receiver, the output of which is connected to the second input of the computing device, moreover, the antenna probe of the scanner is designed as a center of symmetry coincident antenna beam probe and laser probe beam.

Рефлектор выполнен в виде параболоида вращения.The reflector is made in the form of a paraboloid of rotation.

Зонд антенны сканера выполнен с возможностью сканирования по крестообразной траектории поверхности рефлектора.The scanner antenna probe is configured to scan along the cross path of the reflector surface.

Блок совмещения осей лазерного пучка и радиолуча выполнен в виде плоскопараллельной радиопрозрачной пластинки.The unit for combining the axes of the laser beam and the radio beam is made in the form of a plane-parallel radiolucent plate.

Дополнительное включение в устройство блока лазерной диагностики, состоящего из лазерного генератора, лазерного приёмника, блока совмещения осей лазерного пучка, позволяет получить распределение неравномерности отражающей поверхности рефлектора антенной системы зеркального типа с более высокой точностью сопоставимой с размером лазерного пучка, который формирует лазерный генератор блока лазерной диагностики. An additional inclusion in the device of a laser diagnostic unit, consisting of a laser generator, a laser receiver, a unit for aligning the axes of the laser beam, allows one to obtain a distribution of the unevenness of the reflecting surface of the reflector of the antenna system of the mirror type with higher accuracy comparable to the size of the laser beam that the laser generator of the laser diagnostic unit forms .

Установка блока совмещения осей лазерного пучка и радиолуча перед переключающим устройством обеспечивает синхронность измерения одних и тех же элементов профиля поверхности рефлектора радиолучом и лазерным пучком, соосно совмещённым с радиолучом, в одни и те же моменты реального времени, что однозначно повышает достоверность и точность измерения.The installation of the unit for combining the axes of the laser beam and the radio beam in front of the switching device ensures synchronization of measurement of the same elements of the surface profile of the reflector with a radio beam and a laser beam coaxially aligned with the radio beam at the same real-time moments, which unambiguously increases the reliability and accuracy of the measurement.

Соединение вход-выход блока совмещения осей лазерного пучка и радиолуча с зондом антенны сканера, а другого входа с входом-выходом блока совмещения осей лазерного пучка, при этом вход блока совмещения осей лазерного пучка соединён с выходом лазерного генератора, а выходом – с входом лазерного приёмника, выход которого соединён со вторым входом вычислительного устройства, что обеспечивает исключение влияния случайных неоднородностей атмосферы окружающей среды на расстоянии удаления лазерного генератора и приёмника лазерного излучения от поверхности рефлектора антенной системы зеркального типа ввиду того, что прямой и отражённый лазерный пучок проходят по одним и тем же случайным неоднородностям атмосферы на трассе измерения, что повышает точность и достоверность измерения неравномерности формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа. The input-output connection of the block combining the axes of the laser beam and the beam with the probe of the antenna of the scanner, and the other input with the input-output block of the alignment of the axes of the laser beam, while the input of the block combining the axes of the laser beam is connected to the output of the laser generator, and the output to the input of the laser receiver the output of which is connected to the second input of the computing device, which eliminates the influence of random inhomogeneities of the atmosphere of the environment at a distance of removal of the laser generator and the laser radiation receiver I am from the surface of the reflector of the antenna system of the mirror type due to the fact that the direct and reflected laser beam pass through the same random inhomogeneities of the atmosphere along the measurement path, which increases the accuracy and reliability of measuring the uneven shape of the reflecting surface of the antenna system of the mirror type.

Выполнение зонда антенны сканера в виде совмещённых центров симметрии радиолуча зонда и лазерного пучка зонда с возможностью сканирования по крестообразной траектории поверхности рефлектора в виде параболоида вращения позволяет в реальном времени компенсировать влияние погрешностей измерения неравномерности формы поверхности рефлектора, формируемых зондом ДН радиолуча, путём исключения деформации ДН, вызванной её искажениями неравномерностями профиля сложной формы рефлектора из-за низкого разрешения измерения формы радиолучом, что значительно повышает точность и достоверность измерения формы поверхности антенны. Это улучшает однозначность определения пеленга источников радиоизлучения и помехоустойчивость, таким образом, способствуя повышению точности и эффективности действия алгоритмов точного определения угла места цели моноимпульсным методом в предлагаемом устройстве.The implementation of the scanner antenna probe in the form of combined centers of symmetry of the radio beam of the probe and the laser beam of the probe with the ability to scan along the cross path of the reflector surface in the form of a paraboloid of rotation allows you to compensate in real time the influence of measurement errors of the surface shape of the reflector formed by the radiation beam probe by eliminating the deformation of the beam, caused by its distortions by irregularities in the profile of the complex shape of the reflector due to the low resolution of the shape measurement by radio beam, which significantly increases the accuracy and reliability of measuring the surface shape of the antenna. This improves the uniqueness of the determination of the bearing of the sources of radio emission and noise immunity, thus contributing to an increase in the accuracy and efficiency of the algorithms for accurately determining the elevation angle of the target using the single-pulse method in the proposed device.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема устройства измерения формы отражающей поверхности рефлектора антенны, на фиг. 2 – траектория сканирования радиолучом и лазерным пучком поверхности рефлектора – двухходовой "крест", на фиг. 3 – сигналы управления сканированием по осям х и у плоскости сканирования. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram of a device for measuring the shape of a reflective surface of an antenna reflector, FIG. 2 - scanning path by a radio beam and a laser beam of the reflector surface — two-way “cross”, in FIG. 3 - scanning control signals along the x-axis and the scan plane.

Устройство контроля формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа состоит из рефлектора 1 в виде параболоида вращения и сканера 2 с системой управления, выполненном в виде приемно-передающего зонда 3 антенны, блока 4 лазерной диагностики и переключающего устройства 5, связанного с генератором 6 радиоизлучения и приёмником 7 радиоизлучения радиолуча, выходом подключенного к первому входу вычислительного устройства 8, первый выход которого соединён с входом сканера 2 с системой управления. При этом блок 4 лазерной диагностики состоит из лазерного генератора 9, лазерного приёмника 10, блока 11 совмещения осей лазерного пучка 12 и радиолуча 13 и блока 14 совмещения осей лазерного пучка 12. Вход-выход блока 11 совмещения осей лазерного пучка 12 и радиолуча 13 соединён с входом-выходом зонда 3 антенны сканера, а другой вход с входом-выходом блока 14 совмещения осей лазерного пучка 12. Вход блока 14 совмещения осей лазерного пучка 12 соединён с выходом лазерного генератора 9, а выходом – с входом лазерного приёмника 10, выход которого соединён со вторым входом вычислительного устройства 8. Выход вычислительного устройства 8 подключен к входу сканера 2 с системой управления сканером 2. Зонд 3 антенны сканера 2 выполнен в виде совмещённых центров симметрии радиолуча 13 зонда и лазерного пучка 12 зонда с возможностью сканирования по крестообразной траектории поверхности рефлектора 1.The device for controlling the shape of the reflecting surface of the mirror-type antenna system consists of a reflector 1 in the form of a rotation paraboloid and a scanner 2 with a control system made in the form of a transmitter-receiver probe 3 of the antenna, a laser diagnostics unit 4, and a switching device 5 connected to the radio-frequency generator 6 and the receiver 7 of the radio emission of the radio beam, the output connected to the first input of the computing device 8, the first output of which is connected to the input of the scanner 2 with the control system. In this case, the laser diagnostics unit 4 consists of a laser generator 9, a laser receiver 10, a block 11 for aligning the axes of the laser beam 12 and the beam 13 and a block 14 for combining the axes of the laser beam 12. The input-output of the block 11 for combining the axes of the laser beam 12 and the beam 13 is connected to the input / output of the probe 3 of the scanner antenna, and the other input with the input-output of block 14 for aligning the axes of the laser beam 12. The input of block 14 for aligning the axes of the laser beam 12 is connected to the output of the laser generator 9, and the output to the input of the laser receiver 10, the output of which is connected from to orym input of the computing device 8. The computing device 8 output connected to the input scanner 2 with scanner control system 2. Transmitter antenna 3 Scanner 2 is a center of symmetry coincident antenna beam probe 13 and laser probe beam 12 to scan the surface of the cruciform trajectory the reflector 1.

Блок 11 совмещения осей лазерного пучка 12 и радиолуча 13 выполнен в виде плоскопараллельной радиопрозрачной пластинки. The block 11 of the alignment of the axes of the laser beam 12 and the radio beam 13 is made in the form of a plane-parallel radiolucent plate.

На фиг. 2 и 3 отображены сигналы управления сканированием по осям х и у плоскости сканирования 15; 16, 17, – узловые точки крестообразной траектории сканирования; Ткр – период траектории крестообразного сканирования – "креста".In FIG. 2 and 3 show scanning control signals along the x and y axes of the scan plane 15; 16, 17, are the nodal points of the cross-shaped scanning path; T cr - the period of the trajectory of the cross scan - "cross".

Устройство контроля формы отражающей поверхности рефлектора антенной системы зеркального типа работает следующим образом. A device for controlling the shape of the reflective surface of the reflector of an antenna system of a mirror type operates as follows.

Радиолуч 13 и лазерный пучок 12, осесимметрично совмещённые в пространстве приемно-передающего зонда 3 антенны, под действием сигналов, сформированных вычислительным устройством 8 и поступающих в сканер 2 с системой управления, в плоскости (x,y) осуществляют синхронное сканирование по крестообразной траектории поверхности рефлектора 1 антенной системы. Приемо-передающий зонд 3 антенны, а вместе с ним радиолуч 13 и лазерный пучок 12 перемещаются в (x,y)–плоскости сканирования в пределах размера ax×by поверхности рефлектора 1 антенны, установленного вычислительным устройством 8 формата. Измерения проводят в декартовой системе координат, начало которой располагается в вершине параболоида поверхности исследуемого рефлектора 1. Расстояние удаления поверхности рефлектора 1 до плоскости сканирования выбирают из требований работы процедуры измерения радиолучом 13; его значение соответствует Rпл. В качестве приемно-передающего зонда излучения при формировании радиолуча 13, проходящего через блок 11 совмещения осей радиолуча 13 и лазерного пучка 12, используют слабонаправленную антенну в виде открытого конца волновода, которая через переключающее устройство 5 (Y-циркулятор) запитывается от генератора радиоизлучения 6. Измерение проводят на одной поляризации, которая соответствует линейной поляризации поля. A radio beam 13 and a laser beam 12, axisymmetrically combined in the space of the antenna receiving-transmitting probe 3, under the influence of signals generated by the computing device 8 and entering the scanner 2 with the control system, synchronously scan along the cross-shaped path of the reflector surface in the (x, y) plane 1 antenna system. The transmitter-receiver probe 3 of the antenna, and with it the radio beam 13 and the laser beam 12 are moved in the (x, y) scan planes within the size a x × b y of the surface of the antenna reflector 1 installed by the computing device of the 8 format. The measurements are carried out in a Cartesian coordinate system, the beginning of which is located at the top of the paraboloid of the surface of the investigated reflector 1. The distance of the removal of the surface of the reflector 1 to the scanning plane is selected from the requirements of the radio beam measurement procedure 13; its value corresponds to R pl . As a receiving and transmitting radiation probe when forming a radio beam 13, passing through the block 11 of the alignment of the axes of the radio beam 13 and the laser beam 12, use a weakly directional antenna in the form of the open end of the waveguide, which is fed through the switching device 5 (Y-circulator) from the radio emission generator 6. The measurement is carried out on a single polarization, which corresponds to the linear polarization of the field.

Поскольку сканирование лазерным пучком 12 и радиолучом 13 зонда 3 антенны поверхности рефлектора 1 ведётся синхронно по одной и той же крестообразной траектории в плоскости сканирования, а ходы траектории крестообразного сканирования лазерным пучком 12 и радиолучом 13 совмещёны с осями симметрии (x,y) параболоида вращения отражающей поверхности рефлектора 1 трёхмерной декартовой системы измерения (x,y,z), то центральные области элемента разрешения радиолуча 13 и элемента разрешения лазерного пучка 12 зонда 3 синхронно с одной и той же скоростью в пределах погрешности их совмещения проходят по одним элементам осей симметрии (x,y) параболоида вращения отражающей поверхности рефлектора 1 антенны. Since the scanning by the laser beam 12 and the radio beam 13 of the probe 3 of the antenna of the surface of the reflector 1 is carried out synchronously along the same cross-shaped path in the scanning plane, and the paths of the cross-shaped scan by the laser beam 12 and the radio beam 13 are aligned with the symmetry axes (x, y) of the reflection paraboloid surface of the reflector 1 of the three-dimensional Cartesian measurement system (x, y, z), then the central regions of the resolution element of the radio beam 13 and the resolution element of the laser beam 12 of the probe 3 synchronously with the same speed in within the error of their combination pass along one element of the axis of symmetry (x, y) of the paraboloid of rotation of the reflecting surface of the antenna reflector 1.

При синхронном сканировании поверхности рефлектора 1 лазерным пучком 12 и радиолучом 13 амплитуда и фаза отраженного радиосигнала регистрируется приемником 7 радиоизлучения, в свою очередь, амплитуда и фаза сигнала отраженного рефлектором 1 лазерного пучка 12 регистрируется лазерным приемником 10 блока 4 лазерной диагностики. Оба типа отражённых рефлектором 1 сигнала регистрируются приёмником 7 радиоизлучения и лазерным приёмником 10 одновременно. Данные о профиле отражающей поверхности рефлектора 1, положении зондов лазерного пучка 12, радиолуча 13, и принятых приёмником 7 радиосигнала и приёмником 10 лазерного сигнала передаются в вычислительное устройство 8 (спецпроцессор, персональный компьютер), которое обрабатывает получаемую им информацию по установленным в устройстве 8 алгоритмам.When synchronously scanning the surface of the reflector 1 with a laser beam 12 and a radio beam 13, the amplitude and phase of the reflected radio signal are recorded by the radio emission receiver 7, in turn, the amplitude and phase of the signal reflected by the reflector 1 of the laser beam 12 is detected by the laser receiver 10 of the laser diagnostics unit 4. Both types of signals reflected by the reflector 1 are recorded by the radio receiver 7 and the laser receiver 10 at the same time. Data on the profile of the reflecting surface of the reflector 1, the position of the laser beam probes 12, the radio beam 13, and the received radio signal receiver 7 and the laser signal receiver 10 are transmitted to the computing device 8 (special processor, personal computer), which processes the information it receives according to the algorithms installed in the device 8 .

Взаимосвязь профиля поверхности параболического отражателя с измеренным полем в области сканирования лазерным пучком 12 и радиолучом 13 устанавливается следующим образом. Рассмотрим сечение геометрии траектории крестообразного сканирования в плоскости y=0 на фиг. 2. Наличие профиля неравномерности отражающей поверхности рефлектора величиной Δz(x,y) вдоль осей симметрии параболического рефлектора 1 приведет к изменению фазы отраженного сигнала Δϕ(x,y) на 2kΔz(x,y), где k=2π/λ – волновой вектор. Профиль отражающей поверхности зеркала рефлектора 1, измеряемый радиолучом 13 можно записать какThe relationship of the surface profile of the parabolic reflector with the measured field in the scanning region by the laser beam 12 and the radio beam 13 is established as follows. Consider the cross-section of the geometry of the cross scan in the y = 0 plane in FIG. 2. The presence of a non-uniformity profile of the reflecting surface of the reflector with the value Δz (x, y) along the symmetry axes of the parabolic reflector 1 will lead to a change in the phase of the reflected signal Δϕ (x, y) by 2kΔz (x, y), where k = 2π / λ is the wave vector . The profile of the reflecting surface of the mirror of the reflector 1, measured by the radio beam 13 can be written as

Δzоп(x,y)=(λр/4π)·Δφр(x,y), (1)Δz op (x, y) = (λ p / 4π); Δφ p (x, y), (1)

а профиль отражающей поверхности зеркала рефлектора 1, измеряемый лазерным пучком 12 можно записать в таком же видеand the profile of the reflecting surface of the mirror of the reflector 1, measured by the laser beam 12 can be written in the same form

Δzоп(x,y)=(λл/4π)·Δφл(x,y). (2)Δz op (x, y) = (λ l / 4π) Δφ l (x, y). (2)

При равенстве на поверхности размеров радиолуча 13 и лазерного пучка 12 (достигается регулировкой в блоках 4, 9, 11 и 14) уравнения (1) и (2) тождественны Δzоп(x,y)=Δzоп(x,y) и в результате получаем равенство:If the dimensions of the radio beam 13 and the laser beam 12 are equal on the surface (achieved by adjusting in blocks 4, 9, 11, and 14), equations (1) and (2) are identical Δz op (x, y) = Δz op (x, y) and the result is the equality:

(λр/4π)·Δφр(x,y)=(λл/4π)·Δφл(x,y), (3).(λ p / 4π) · Δφ p (x, y) = (λ l / 4π) · Δφ l (x, y), (3).

Приводя подобные, получаем:Citing similar ones, we get:

Δφл(x,y) =(λр/ λл)·Δφр(x,y). (4)Δφ l (x, y) = (λ p / λ l ) Δφ p (x, y). (4)

Таким образом, получаем, что чувствительность и точность измерения лазерным пучком 12 блока 4 лазерной диагностики изменения фазы отраженного сигнала Δφл(x,y) по сравнению с изменения фазы отраженного радиосигнала Δφр(x,y) определяется отношением (λр/λл) длины волны излучения лазерного пучка 12 к длине волны радиолуча 13, используемых при измерении профиля параболоида вращения отражающей поверхности (x,y) рефлектора 1 антенны.Thus, we find that the sensitivity and accuracy of the measurement by the laser beam 12 of the block 4 of laser diagnostics of the phase change of the reflected signal Δφ l (x, y) compared to the phase change of the reflected radio signal Δφ p (x, y) is determined by the ratio (λ p / λ l ) the radiation wavelength of the laser beam 12 to the wavelength of the radio beam 13 used in measuring the profile of the paraboloid of rotation of the reflective surface (x, y) of the antenna reflector 1.

Для получения численной оценки сравнения выигрыша в точности и чувствительности измерения неравномерности профиля поверхности рефлектора 1 применения блока 4 лазерной диагностики поверхности рефлектора примем длину волны радиолуча 13 микроволнового диапазона равную λр=3см=3·104мкм; длину волны лазерного пучка 12, создаваемого He-Ne лазером, равную λл=0,63мкм. Тогда из соотношения (4) получаем, что точность и чувствительность измерения Δφл(x,y) – неравномерности профиля отражающей поверхности рефлектора 1 блоком 4 лазерной диагностики в λр/λл=Δφл(x,y)/Δφр(x,y)≈50000=5·104 раз выше точности измерения Δφр(x,y) – неравномерности профиля рефлектора лучом радиоизлучения. При размерах неровностей поверхности порядка λр/10 в блоке 4 лазерной диагностики они регистрируются с амплитудой равной 5·104 λл= λр/10, что позволяет более чем на четыре порядка повысить точность измерения неравномерности профиля отражающей поверхности рефлектора 1 антенны совместным использованием с блоком 4 лазерной диагностики. To obtain a numerical evaluation of the comparison of the gain in accuracy and sensitivity of measuring the non-uniformity of the surface profile of the reflector 1 using the block 4 of laser diagnostics of the reflector surface, we take the wavelength of the radio beam 13 of the microwave range equal to λ p = 3 cm = 3 · 10 4 μm; the wavelength of the laser beam 12 generated by the He-Ne laser, equal to λ l = 0.63 μm. Then from relation (4) we obtain that the accuracy and sensitivity of the measurement Δφ l (x, y) is the non-uniformity of the profile of the reflecting surface of the reflector 1 by the laser diagnostic unit 4 in λ p / λ l = Δφ l (x, y) / Δφ p (x , y) ≈50000 = 5 · 10 4 times higher than the measurement accuracy Δφ p (x, y) - the irregularity of the reflector profile by the radio emission beam. With surface irregularities of the order of λ p / 10 in block 4 of the laser diagnostics, they are recorded with an amplitude of 5 · 10 4 λ l = λ p / 10, which allows more than four orders of magnitude to increase the accuracy of measuring the non-uniformity of the profile of the reflecting surface of the antenna reflector 1 by joint use with block 4 of laser diagnostics.

Практическое использование предлагаемого устройства возможно во всех типах антенных полигонов; применение устройства обеспечивает восстановление исходных параметров карт неравномерностей поверхности отражателя рефлекторов зеркальных антенн как сантиметрового, так и миллиметрового радиодиапазонов, повышает точность и достоверность получаемых результатов. Practical use of the proposed device is possible in all types of antenna ranges; the use of the device provides the restoration of the initial parameters of the maps of the surface irregularities of the reflector of reflectors of mirror antennas of both centimeter and millimeter radio bands, increases the accuracy and reliability of the results.

Claims (4)

1. Устройство контроля формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа, включающее рефлектор и приемно-передающий зонд антенны сканера с системой управления, связанный через переключающее устройство с генератором и приёмником излучения радиолуча, выход которого подключен к первому входу вычислительного устройства, а первый выход вычислительного устройства соединён с входом сканера с системой управления, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок лазерной диагностики, состоящий из лазерного генератора, лазерного приёмника, блока совмещения осей лазерного пучка и блока совмещения осей лазерного пучка и радиолуча, при этом блок совмещения осей лазерного пучка и радиолуча установлен перед переключающим устройством, причем вход-выход блока совмещения осей лазерного пучка и радиолуча соединён с зондом антенны сканера, а другой вход - с входом-выходом блока совмещения осей лазерного пучка, при этом вход блока совмещения осей лазерного пучка соединён с выходом лазерного генератора, а выход – с входом лазерного приёмника, выход которого соединён со вторым входом вычислительного устройства, кроме того, зонд антенны сканера выполнен в виде совмещённых центров симметрии радиолуча зонда и лазерного пучка зонда.1. A device for controlling the shape of the reflecting surface of a mirror-type antenna system, including a reflector and a transmitter and receiver probe of the scanner antenna with a control system, connected through a switching device to a generator and a radio-beam radiation receiver, the output of which is connected to the first input of the computing device, and the first output of the computing device connected to the input of the scanner with a control system, characterized in that the device further comprises a laser diagnostic unit, consisting of a laser generator a laser receiver, a block combining the axes of the laser beam and a block combining the axes of the laser beam and the beam, the block combining the axes of the laser beam and the beam is installed in front of the switching device, the input-output of the block combining the axes of the laser beam and the beam connected to the probe of the scanner antenna, and the other input is with the input-output of the block aligning the axes of the laser beam, while the input of the block aligning the axes of the laser beam is connected to the output of the laser generator, and the output is connected to the input of the laser receiver, the output of which it is single with the second input of the computing device, in addition, the scanner antenna probe is made in the form of combined centers of symmetry of the radio beam of the probe and the laser beam of the probe. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рефлектор выполнен в виде параболоида вращения.2. The device according to p. 1, characterized in that the reflector is made in the form of a paraboloid of revolution. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зонд антенны сканера выполнен с возможностью сканирования по крестообразной траектории поверхности рефлектора.3. The device according to p. 1, characterized in that the scanner antenna probe is configured to scan along the cross-shaped path of the reflector surface. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок совмещения осей лазерного пучка и радиолуча выполнен в виде плоскопараллельной радиопрозрачной пластинки. 4. The device according to claim 1, characterized in that the unit for combining the axes of the laser beam and the radio beam is made in the form of a plane-parallel radio-transparent plate.
RU2019123399A 2019-07-25 2019-07-25 Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system RU2718127C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123399A RU2718127C1 (en) 2019-07-25 2019-07-25 Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123399A RU2718127C1 (en) 2019-07-25 2019-07-25 Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718127C1 true RU2718127C1 (en) 2020-03-30

Family

ID=70156561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019123399A RU2718127C1 (en) 2019-07-25 2019-07-25 Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718127C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2823534C1 (en) * 2023-12-09 2024-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for controlling-reconstruction of surface of reflector of large-size hybrid reflector antenna (hra) subject to distortions

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US325434A (en) * 1885-09-01 Gag and muzzle
FR2648278A1 (en) * 1989-06-13 1990-12-14 Europ Agence Spatiale Antenna with switchable beams
RU1637539C (en) * 1989-08-28 1995-02-27 Московское конструкторское бюро "Параллель" Method for checking shape of antenna reflective surface
RU2058523C1 (en) * 1991-03-04 1996-04-20 Тульский государственный технический университет Device for examining surface for proper shape
RU2392707C1 (en) * 2009-01-28 2010-06-20 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Hybrid mirror scanning antenna for multi-mode space synthetic aperture radar
CN105745786A (en) * 2013-09-18 2016-07-06 国家科学研究中心 A wave shaping device, an electronic device, and a system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US325434A (en) * 1885-09-01 Gag and muzzle
FR2648278A1 (en) * 1989-06-13 1990-12-14 Europ Agence Spatiale Antenna with switchable beams
RU1637539C (en) * 1989-08-28 1995-02-27 Московское конструкторское бюро "Параллель" Method for checking shape of antenna reflective surface
RU2058523C1 (en) * 1991-03-04 1996-04-20 Тульский государственный технический университет Device for examining surface for proper shape
RU2392707C1 (en) * 2009-01-28 2010-06-20 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Hybrid mirror scanning antenna for multi-mode space synthetic aperture radar
CN105745786A (en) * 2013-09-18 2016-07-06 国家科学研究中心 A wave shaping device, an electronic device, and a system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Статья: "РАДИОГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ ПАРАБОЛИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН ПО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ ПОЛЮ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ", Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Приборостроение", 2015, номер 4. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2823534C1 (en) * 2023-12-09 2024-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for controlling-reconstruction of surface of reflector of large-size hybrid reflector antenna (hra) subject to distortions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2023547206A (en) Radar beacon and radar measurement system
RU2444750C2 (en) Method of determining elevation coordinate of low-flying target
RU2718127C1 (en) Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system
Burnside et al. A method to reduce stray signal errors in antenna pattern measurements
CN114624660A (en) Antenna transmitting directional diagram, receiving directional diagram and beam directional diagram testing method
RU2593595C1 (en) Method of measuring angular coordinates in nonlinear radar
RU2516221C2 (en) Method of measuring scattering cross-section of objects and multiposition radar measurement system for realising said method
RU2725514C1 (en) Beam pattern and reflecting surface antenna system control device
RU2392638C1 (en) Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions
EP3869616B1 (en) Measurement system for measuring an angular error introduced by a radome and corresponding method
Menshikh et al. Application of Antenna-Lens System for Measurement of Bistatic Parameters of Materials
RU2682239C1 (en) Low-flying target accurate tracking method by elevation angle under interference conditions
CN111965602B (en) Phased array radar amplitude-phase consistency detection method and system
RU2725030C1 (en) Device for measuring shape of arbitrary reflecting surface of antenna system
US4134116A (en) Monitoring commutated scanning radio beams
Kuznietsov et al. Providing the Required Accuracy of Measurements of Spatial Coordinates of Aerial Objects
Fedorov et al. Comparison of the Measurement Accuracy of Material Sample Specular Reflection Coefficient for Two Types of Measuring Facilities
RU2237253C1 (en) Method for determining directional pattern of slot array on the basis of measurements in the nearest fresnel zone
RU2691378C1 (en) Method for controlling the beam pattern of an active phased antenna array
TWI858626B (en) Sparse antenna array device and target azimuth estimation method thereof
RU2773455C1 (en) Method for constructing an extended antenna field
Kuzin et al. The Technique of Measurement of the Pattern of Receive Phased Antenna Array for Automotive Radar
JPH10170575A (en) Boresight alignment plate
Räisänen et al. Measurements of high-gain antennas at THz frequencies
RU2699079C1 (en) Direction finding method and broadband direction finder for realizing said method