RU2725514C1 - Beam pattern and reflecting surface antenna system control device - Google Patents

Beam pattern and reflecting surface antenna system control device Download PDF

Info

Publication number
RU2725514C1
RU2725514C1 RU2019135902A RU2019135902A RU2725514C1 RU 2725514 C1 RU2725514 C1 RU 2725514C1 RU 2019135902 A RU2019135902 A RU 2019135902A RU 2019135902 A RU2019135902 A RU 2019135902A RU 2725514 C1 RU2725514 C1 RU 2725514C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
reflector
output
input
shape
Prior art date
Application number
RU2019135902A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Степан Михайлович Слободян
Дмитрий Анатольевич Барчуков
Роман Викторович Вавилов
Роман Игоревич Якимюк
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 RU2019135902A priority Critical patent/RU2725514C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2725514C1 publication Critical patent/RU2725514C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • 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)

Abstract

FIELD: antenna equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of antenna equipment, namely to devices for obtaining information on the radiation pattern properties of antenna radiation when reflected from the reflector, and is intended for use in mobile radio communication systems, radar ranging from UV to THz range, as well as to study the reflecting surface of bodies and can be used in radio and radar monitoring equipment elements of detection and direction finding systems of electromagnetic radiation sources. Device for monitoring the beam pattern and shape of the reflecting surface of the antenna system includes an antenna reflector, a radar sensor of the shape of the surface of the antenna reflector, the output of which is connected to the input of the scanner with its control system, and output of scanner with its control system is connected to input of radar sensor of surface shape. Device further comprises series-connected optical antenna shape sensor of antenna reflector, which input is connected to output of scanner with control system, and integrator, second input of which is connected to output of scanner with control system, wherein the output of the integrator is connected to the first input of the antenna system distribution pattern distribution signal distribution unit, and the second input of which is connected to the antenna reflector surface radar sensor second output, wherein the second output of the radar sensor of the antenna reflector surface shape is connected to the first input of the antenna reflector surface signal release unit, and the second input of which is connected to the output of the antenna distribution pattern allocation unit of the antenna system.EFFECT: high accuracy and reliability of separate measurement of non-uniformity of the beam pattern of the radiator of the radar sensor and the shape of the reflecting surface of the antenna system.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области антенной техники, а именно, к устройствам получения информации о свойствах диаграммы направленности (ДН) излучения антенн при отражении от рефлектора и предназначено для использования в подвижных системах радиосвязи, радиолокации от УФ до ТГц диапазона, а также для изучения отражающей поверхности тел и может быть использовано в средствах радиотехнического и радиолокационного (РЛ) контроля элементов систем обнаружения и пеленгования источников электромагнитного излучения.The invention relates to the field of antenna technology, namely, devices for obtaining information about the properties of the radiation pattern of radiation of antennas when reflected from a reflector and is intended for use in mobile radio communication systems, radars from the UV to THz range, as well as for studying the reflective surface of bodies and can be used in means of radio engineering and radar (RL) control of elements of systems for detection and direction finding of electromagnetic radiation sources.

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 с помощью известных методов дистанционного измерения.The device for controlling the shape of the reflective surface of the antennas of active and passive radar systems is used in autonomous systems for measuring the topography of surfaces by scanning them with a probe, in diagnostic devices and non-destructive testing of surface irregularities using known methods of remote measurement.

Известно устройство для контроля параметров антенны активной фазированной антенной решетки (RU 109946, кл. H04Q 3/00, опубл. 27.10.2011), содержащее блок формирования контрольных сигналов и блок управления, выходы которых подключены к соответствующим входам активной фазированной антенной решетки. Устройство содержит блок вычисления диаграммы направленности антенны и блок коррекции параметров диаграммы направленности антенны, подключенных к блоку формирования контрольных сигналов и к входу блока управления, причем один выход блока коррекции параметров диаграммы направленности антенны подключен к другому входу блока вычисления диаграммы направленности антенны, а другой выход - к другому входу блока управления.A device is known for monitoring the antenna parameters of an active phased antenna array (RU 109946, class H04Q 3/00, publ. 10/27/2011), comprising a control signal generation unit and a control unit whose outputs are connected to the corresponding inputs of the active phased antenna array. The device comprises an antenna radiation pattern calculation unit and an antenna radiation pattern correction unit connected to the control signal generation unit and to the input of the control unit, moreover, one output of the antenna radiation correction parameter correction unit is connected to another input of the antenna radiation antenna calculation unit, and the other output to another input of the control unit.

Недостатком этого устройства измерения ДН антенны является низкая точность измерения параметров ДН антенны, обусловленная тем, что измерение параметров ДН осуществляется при наличии существенных временных ошибок измерения. Данное устройство не позволяет контролировать параметры неравномерности рефлектора антенн, что сужает функциональные возможности устройства в части измерения ДН антенн.The disadvantage of this device for measuring the antenna bottom is the low accuracy of the measurement of the antenna bottom, due to the fact that the measurement of the antenna is carried out in the presence of significant temporary measurement errors. This device does not allow you to control the parameters of the unevenness of the antenna reflector, which narrows the functionality of the device in terms of measuring the antenna diameters.

Известно устройство для измерения параметров диаграммы направленности антенн (RU №2623193, кл. G01R 29/10, опубл. 22.06.2017), содержащее последовательно соединенные исследуемую антенну, измерительный приемник, устройство обработки и управления, привод антенны, синхронизатор, выходами соединенного с входами измерительного приемника, и устройства обработки и управления, выход которого подключен к входу привода, и синхронизатор.A device for measuring the parameters of the antenna pattern (RU No. 2623193, class G01R 29/10, publ. 06/22/2017), containing the antenna under study, measuring receiver, processing and control device, antenna drive, synchronizer, outputs connected to the inputs a measuring receiver, and a processing and control device, the output of which is connected to the input of the drive, and a synchronizer.

Недостатками данного устройства для измерения ДН антенн является малая точность как измерения ДН, так и неравномерности отражающей поверхности рефлектора антенны, обусловленная отсутствием возможности сепарабельного разделения или индивидуального выделения сигнала измерения ДН антенны и сигнала неравномерности отражающей поверхности рефлектора антенны совместно и одновременно присутствующих в общем сигнале, излучаемом в пространство, т.е. при одном взаимном положении приемника измерительного сигнала (при измерении ДН антенны) и источника мощности излучаемого антенной сигнала (при измерении неравномерности отражающей поверхности рефлектора антенны).The disadvantages of this device for measuring the antenna ID is the low accuracy of both measuring the antenna and the unevenness of the reflective surface of the antenna reflector due to the inability to separably separate or individually isolate the measurement signal of the antenna antenna and the uneven signal of the reflecting surface of the antenna reflector together and simultaneously present in the common signal emitted into space, i.e. at one relative position of the receiver of the measuring signal (when measuring the antenna bottom) and the power source of the radiated antenna signal (when measuring the unevenness of the reflecting surface of the antenna reflector).

Известно устройство контроля и управления формой отражающей поверхности антенной системы зеркального типа (RU №2576493, кл. H01Q 3/01, 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 введенным 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 a mirror-type antenna system (RU No. 2576493, class H01Q 3/01, publ. 02/05/2016), including a reflector equipped with a chassis, a housing, a set of deformation devices, a drive device, a switching device, a system controlling a switching device, a flexible membrane with a reflector formed by applying metal particles to the surface of the flexible membrane, with an external circuit introduced into the control system of the switching device, limiting the reflecting 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 внесением искажений формы главного лепестка диаграммы направленности (ДН), вызванных дискретной структурой и несинфазным сложением полей, фокусируемых различными фрагментами поверхности гибкого отражателя.The disadvantage of this device is the low accuracy of estimating the unevenness of the reflecting surface of the flexible membrane of the reflector, associated with a low coefficient of efficiency, especially in the high frequencies, and the introduction of distortions in the shape of the main lobe of the radiation pattern (DD) caused by the discrete structure and non-phase addition of fields focused by various fragments of the surface flexible reflector.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство контроля диаграммы направленности и формы отражающей поверхности антенной системы, состоящего из установленных на шасси рефлектора антенны, радиолокационного РЛ-датчика формы поверхности рефлектора и сканера с системой управления сканером. Выход радиолокационного РЛ-датчика формы поверхности рефлектора связан с входом сканера с системой управления сканером, выход которого подключен к входу радиолокационного РЛ-датчика формы поверхности рефлектора. (Федоров И.Б., Слукин Г.П., Митрохин В.Н., Крехтунов В.М. Элементная база зеркальных антенн и фазированных антенных решеток радиотехнических систем. Антенны, 2016, №8(228), с. 87-88.).Closest to the claimed technical solution is a device for controlling the radiation pattern and shape of the reflective surface of the antenna system, consisting of an antenna reflector mounted on the chassis, a radar radar sensor of the reflector surface shape and scanner with a scanner control system. The output of the radar radar sensor of the surface shape of the reflector is connected to the input of the scanner with the scanner control system, the output of which is connected to the input of the radar radar sensor of the shape of the surface of the reflector. (Fedorov I.B., Slukin G.P., Mitrokhin V.N., Krechtunov 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 и достоверность измерения РЛ-датчиком из-за погрешности измерения неравномерности поверхности отражателя, вносимой неравномерностями формы огибающей диаграммы направленности (ДН), обусловленной высоким уровнем ближних боковых лепестков ДН в плоскостях измерения, особенно внутри сектора пучка радиолучей, вызванных неоднородным изменением амплитуды возбуждения апертуры от излучателя радиолокационного РЛ-датчика, что и приводит к погрешности измерения. Кроме того, большой размер антенны системы также существенно снижает точность измерения профиля отражателя, удаленного от излучателя РЛ-датчика на некоторое расстояние.The disadvantages of the prototype is the low accuracy and reliability of the measurement by the radar sensor due to the error in measuring the non-uniformity of the reflector surface, introduced by the irregularities in the shape of the envelope of the radiation pattern (DN), due to the high level of the near side side lobes of the radiation pattern in the measurement planes, especially inside the sector of the beam of the radio beam caused by an inhomogeneous change the aperture excitation amplitudes from the radiator of the radar radar sensor, which leads to measurement error. In addition, the large size of the antenna of the system also significantly reduces the accuracy of measuring the profile of the reflector, remote from the radiator of the radar sensor at a certain distance.

Технической проблемой изобретения является создание устройства контроля диаграммы направленности и формы отражающей поверхности антенной системы, обеспечивающее возможность выделения реального профиля диаграммы направленности и формы поверхности рефлектора антенной системы с возможностью компенсации в реальном времени ошибок измерения радиолокационным РЛ-датчиком формы поверхности рефлектора, вносимых неравномерностью огибающей распределения плотности излучения при формировании излучателем диаграммы направленности (ДН) радиолокационной антенны.The technical problem of the invention is the creation of a device for controlling the radiation pattern and shape of the reflecting surface of the antenna system, which makes it possible to isolate the real profile of the radiation pattern and surface shape of the reflector of the antenna system with the ability to compensate in real time the measurement errors of the reflector surface shape introduced by the density distribution envelope by the radar radar sensor radiation when the emitter is forming a radiation pattern (ND) of the radar antenna.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности раздельного измерения неравномерности диаграммы направленности излучателя радиолокационного датчика и формы отражающей поверхности антенной системы.The technical result of the invention is to improve the accuracy and reliability of a separate measurement of the irregularity of the radiation pattern of the emitter of the radar sensor and the shape of the reflective surface of the antenna system.

Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что устройство контроля диаграммы направленности и формы отражающей поверхности антенной системы включает рефлектор антенны, радиолокационный датчик формы поверхности рефлектора антенны, выход которого соединен с входом сканера с системой его управления, а выход сканера с системой его управления подключен к входу радиолокационного датчика формы поверхности. Согласно изобретению устройство дополнительно содержит последовательно соединенные оптический датчик формы поверхности рефлектора антенны, вход которого связанный с выходом сканера с системой управления, и интегратор, второй вход которого подключен к выходу сканера с системой управления, при этом выход интегратора подключен к первому входу блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы, а второй вход которого связан с вторым выходом радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны, причем второй выход радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны соединен с первым входом блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны, а второй вход которого подключен к выходу блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы.The posed problem and the technical result are achieved in that the device for controlling the radiation pattern and shape of the reflecting surface of the antenna system includes an antenna reflector, a radar sensor of the surface shape of the antenna reflector, the output of which is connected to the scanner input with its control system, and the output of the scanner with its control system is connected to the input of the radar sensor of the surface shape. According to the invention, the device further comprises a series-connected optical surface reflector of the antenna reflector, the input of which is connected to the output of the scanner with the control system, and an integrator, the second input of which is connected to the output of the scanner with the control system, while the output of the integrator is connected to the first input of the allocation signal allocation unit radiation patterns of the antenna system, and the second input of which is connected to the second output of the radar sensor of the surface shape of the antenna reflector, the second output of the radar sensor of the surface shape of the antenna reflector is connected to the first input of the signal extraction unit of the surface shape of the antenna reflector, and the second input of which is connected to the output of the selection block signal distribution pattern of the antenna system.

Дополнительное введение в устройство последовательно соединенных оптического датчика формы поверхности рефлектора антенной системы, входом связанного с выходом сканера с системой управления, интегратора, второй вход которого подключен к выходу сканера с системой управления, блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы, второй вход которого связан со вторым выходом радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны, и блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны, второй вход которого соединен со вторым выходом радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны, а первый вход подключен к выходу блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы, позволяет исключить погрешность, вносимую неравномерным распределением огибающей диаграммы направленности радиолокационного излучателя антенной системы в измерение формы поверхности рефлектора антенны радиолокационным датчиком и получить одновременно отдельно сигнал, отражающий распределение огибающей диаграммы направленности радиолокационного излучателя антенной системы и отдельно сигнал распределения неравномерности формы отражающей поверхности рефлектора антенной системы с более высокой точностью, сопоставимой с точностью измерения оптическим датчиком формы отражающей поверхности рефлектора антенной системы.An additional introduction to the device of a series-connected optical sensor of the surface shape of the reflector of the antenna system, an input connected to the output of the scanner with a control system, an integrator, the second input of which is connected to the output of the scanner with a control system, an antenna system radiation pattern signal allocation block, the second input of which is connected to the second output of the radar sensor of the shape of the surface of the antenna reflector, and the unit for extracting the signal of the shape of the surface of the antenna reflector, the second input of which is connected to the second output of the radar sensor of the shape of the surface of the antenna reflector, and the first input is connected to the output of the block of the allocation of the signal distribution pattern of the radiation pattern of the antenna system, eliminates the error introduced by the uneven distribution of the envelope of the radiation pattern of the radar emitter of the antenna system in the measurement of the surface shape of the antenna reflector by the radar sensor and get the same separately separate signal reflecting the distribution of the envelope of the radiation pattern of the radar emitter of the antenna system and separately the distribution signal of the unevenness of the shape of the reflective surface of the reflector of the antenna system with higher accuracy comparable to the accuracy of measuring the shape of the reflective surface of the reflector of the antenna system with an optical sensor.

Подключение входов интегратора и оптического датчика формы отражающей поверхности рефлектора антенной системы к выходу сканера с системой управления обеспечивает синхронность измерения одних и тех же элементов профиля поверхности антенны радиолокационным и оптическим датчиками формы поверхности рефлектора антенны в один момент времени, что однозначно повышает достоверность и точность измерения.Connecting the inputs of the integrator and the optical shape sensor of the reflective surface of the antenna system reflector to the scanner output with the control system ensures the synchronization of measurement of the same elements of the antenna surface profile by radar and optical sensors of the antenna reflector surface shape at one time, which unambiguously increases the reliability and accuracy of the measurement.

Соединение второго выхода радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны со вторым входом блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы и вторым входом блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны, обеспечивает исключение влияния неравномерности распределения плотности излучения диаграммы направленности радиолокационного датчика на сигнал отражаемый от поверхности рефлектора антенны, что повышает точность и достоверность измерения неравномерности формы отражающей поверхности антенной системы и одновременно распределения плотности излучения диаграммы направленности антенной системы.The connection of the second output of the radar sensor of the shape of the surface of the antenna reflector with the second input of the signal allocation block of the signal distribution pattern of the antenna system and the second input of the block of the signal allocation of the signal shape of the surface of the antenna reflector, eliminates the influence of uneven distribution of the radiation density of the radiation pattern of the radar sensor on the signal reflected from the surface of the antenna reflector, which increases the accuracy and reliability of measuring the uneven shape of the reflecting surface of the antenna system and at the same time the distribution of the radiation density of the radiation pattern of the antenna system.

Подключение входов блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны и блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы к второму выходу радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны позволяет в реальном времени отделить сигнал неравномерности формы поверхности рефлектора антенны от сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы, и, таким образом, компенсировать влияние погрешностей измерения неравномерности формы поверхности рефлектора, вносимых ДН радиолокационного датчика, так и вызванных ее искажениями при отражении от неравномерностей профиля формы рефлектора из-за низкого разрешения измерения формы радиолокационного датчика, что значительно повышает точность и достоверность измерения формы поверхности антенны радиолокационным датчиком. Это улучшает однозначность определения пеленга источников радиоизлучения и помехоустойчивость радиолокационного датчика, таким образом, способствуя повышению точности и эффективности действия алгоритмов точного определения угла места цели моноимпульсным методом в предлагаемом устройстве.Connecting the inputs of the antenna reflector surface shape signal extraction unit and the antenna system radiation signal allocation signal separation unit to the second output of the radar antenna reflector surface shape antenna allows real-time separation of the uneven surface shape of the antenna reflector from the signal distribution pattern of the antenna system, and thus , to compensate for the influence of measurement errors of the surface shape of the reflector introduced by the bottom of the radar sensor, and caused by its distortions when reflected from the shape profile of the reflector due to the low resolution of the shape measurement of the radar sensor, which significantly improves the accuracy and reliability of measuring the shape of the surface of the antenna with a radar sensor. This improves the uniqueness of the determination of the bearing of the sources of radio emission and the noise immunity of the radar sensor, 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 иллюстрирует чертеж, где на фиг. 1 представлена схема устройства.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a diagram of a device.

Устройство контроля диаграммы направленности и формы отражающей поверхности антенной системы состоит из радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны 1, сканера 2 с системой управления, оптического датчика формы поверхности рефлектора антенны 3, интегратора 4, блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенны 5 и блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны 6. Первый выход радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны 1 связан с входом сканера 2 с системой управления, а второй выход радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора 1 соединен с вторым входом блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности (ДН) антенны 5 и первым входом блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны 6, второй вход которого подключен к выходу блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности (ДН) антенны 5. Выход сканера 2 с системой управления соединен с входами радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны 1, оптического датчика формы поверхности рефлектора антенны 3 и первым входом интегратора 4, второй вход которого подключен к выходу оптического датчика формы поверхности рефлектора антенны 3. Выход интегратора 4 соединен с входом блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенны 5.The device for controlling the radiation pattern and shape of the reflecting surface of the antenna system consists of a radar sensor of the surface shape of the antenna reflector 1, a scanner 2 with a control system, an optical sensor of the surface shape of the antenna reflector 3, an integrator 4, an antenna 5 radiation pattern signal allocation unit, and a shape signal extraction unit the antenna reflector surface 6. The first output of the radar sensor of the antenna reflector surface shape 1 is connected to the input of the scanner 2 with the control system, and the second output of the radar sensor of the surface shape of the reflector 1 is connected to the second input of the antenna radiation pattern distribution signal distribution unit (antenna) 5 and the first input an antenna 6 reflector surface signal allocation unit of the antenna 6, the second input of which is connected to the output of the antenna distribution pattern (DN) allocation signal allocation unit 5. The output of the scanner 2 with the control system is connected to the inputs of the radar sensor the shape of the surface of the antenna reflector 1, the optical sensor of the shape of the surface of the antenna reflector 3 and the first input of the integrator 4, the second input of which is connected to the output of the optical sensor of the surface shape of the antenna reflector 3. The output of the integrator 4 is connected to the input of the allocation block of the antenna signal distribution diagram 5.

Устройство контроля диаграммы направленности и формы отражающей поверхности рефлектора антенной системы работает следующим образом.The control device of the radiation pattern and shape of the reflective surface of the reflector of the antenna system works as follows.

Радиолокационный датчик формы поверхности рефлектора антенны 1 и оптический датчик формы поверхности рефлектора антенны 3, под действием сигналов, сформированных сканером 2 с системой управления, синхронизируемой радиолокационным датчиком 1, в плоскости (х,у) осуществляют синхронное сканирование поверхности рефлектора антенной системы. Радиолуч размера apx×bpy радиолокационного датчика 1 и оптический пучок размера аох×boy оптического датчика 3 синхронно перемещаются в (x,y) - плоскости сканирования в пределах размера ax×by поверхности рефлектора антенны. Причем, размер радиолуча apx×bpy обычно существенно превышает размер оптического пучка aox×boy, ввиду действия известных физических ограничений, обусловленных большой разницей значений длин волн радио- и оптического излучения: λр>>λo. Измерения проводят в декартовой системе координат, начало которой располагается в вершине параболоида поверхности исследуемого рефлектора. Сканирование оптическим пучком оптического датчика 3 и радиолучом радиолокационного датчика 1 поверхности рефлектора антенны ведется синхронно по одной и той же траектории в плоскости сканирования.The radar sensor of the surface shape of the antenna reflector 1 and the optical sensor of the surface shape of the antenna reflector 3, under the influence of signals generated by the scanner 2 with the control system synchronized by the radar sensor 1, synchronously scan the surface of the antenna system reflector in the (x, y) plane. A radio beam of size a px × b py of radar sensor 1 and an optical beam of size a oh × b oy of optical sensor 3 synchronously move in the (x, y) - scanning plane within the size a x × b y of the surface of the antenna reflector. Moreover, the size of the radio beam a px × b py usually significantly exceeds the size of the optical beam a ox × b oy , due to the known physical limitations caused by the large difference in the wavelengths of the radio and optical radiation: λ p >> λ o . 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 studied reflector. Scanning by the optical beam of the optical sensor 3 and the radio beam of the radar sensor 1 of the surface of the antenna reflector is carried out synchronously along the same path in the scanning plane.

Наименьший возможный дифракционный размер пятна радиолуча (с λр - длиной волны радиоизлучения) на поверхности рефлектора как элемента его сканирования (размером apx×bpy) обычно существенно в λр/λo, раз (где λo - длина волны оптического излучения) превышает размер дифракционного размера пятна оптического пучка на поверхности рефлектора так же как элемента его сканирования (размером aox×boy). Таким образом, отношение (арх×bpy) - размера радиоэлемента сканирования к (аох×boy) - размеру элемента оптического пучка сканирования составит значительную величину, равную (арх×bpy):(aox×boy)=103÷104. То есть, на площади радиоэлемента сканирования равной (apx×bpy) в зависимости от соотношения длин волн излучения радиолокационного 1 и оптического 3 датчиков помещается (103÷104) оптических элементов сканирования формата (aox×boy).The smallest possible diffraction spot size of a radio beam (with λ p is the wavelength of radio emission) on the surface of the reflector as an element of its scanning (size a px × b py ) is usually significant in λ p / λ o , times (where λ o is the wavelength of optical radiation) exceeds the size of the diffraction size of the spot of the optical beam on the surface of the reflector as well as its scanning element (size a ox × b oy ). Thus, the ratio of (a px × b py ) - the size of the scanning radio element to (and oh × b oy ) - the size of the element of the optical scanning beam will be a significant value equal to (and px × b py ) :( a ox × b oy ) = 10 3 ÷ 10 4 . That is, on the area of the scanning radio element equal to (a px × b py ), depending on the ratio of the radiation wavelengths of the radar 1 and optical 3 sensors, (10 3 ÷ 10 4 ) optical scanning elements of the format (a ox × b oy ) are placed.

Поскольку сканирование оптическим пучком оптического датчика 3 и радиолучом радиолокационного датчика 1 поверхности рефлектора антенны ведется синхронно по одной и той же траектории в плоскости сканирования, то, с точки зрения фундаментальных положений математического анализа, это значит, что элемент синхронного сканирования поверхности рефлектора и сигнала оптического датчика 3 по отношению к элементу сканирования и сигналу радиолокационного датчика 1 является полным дифференциалом функции сигнала распределения формы отражающей поверхности рефлектора, получаемого при синхронном сканировании радиолокационным датчиком 1. В свою очередь, следуя тем же фундаментальным положениям математического анализа, интегрального и дифференциального исчисления, получаем, что сигнал синхронного сканирования отражающей поверхности рефлектора радиолокационным датчиком 1 является интегралом подынтегральной функции сигнала распределения формы отражающей поверхности рефлектора, получаемого при синхронном сканировании оптическим датчиком 3. Ходы траектории сканирования оптическим пучком и радиолучом совмещены с осями их симметрии (х,у), потому центральные области элемента разрешения радиолуча радиолокационного датчика 1 и элемента разрешения оптического пучка оптического датчика 3 синхронно с одной и той же скоростью в пределах погрешности их совмещения за один и тот же интервал времени сканирования проходят по одним и тем же элементам окрестности осей симметрии (х,у) траектории сканирования отражающей поверхности рефлектора. При синхронном сканировании поверхности рефлектора оптическим пучком оптического датчика 3 и радиолучом радиолокационного датчика 1, сигнал, снимаемый с выхода оптического датчика 3, являющийся полным дифференциалом и первообразной сигнала формы поверхности рефлектора, аддитивно присутствующего в сигнале радиолокационного датчика 1, подается на второй вход интегратора 4. Интегратор 4, синхронизируемый по первому входу сигналом сканера 2 с системой управления, осуществляет интегрирование выходного сигнала оптического датчика, соответствующего оптическому элементу формата (aox×boy), в пределах границ (apx×bpy) размера элемента сканирования формы поверхности рефлектора радиолокационного датчика 1. В результате этой операции интегрирования, синхронно с сигналом радиолокационного датчика 1, интегратор 4, на основе первообразной функции - дифференциального оригинала сигнала формы поверхности рефлектора, получаемого на выходе оптического датчика 3, формирует на своем выходе интегральную копию сигнала формы поверхности рефлектора.Since the scanning by the optical beam of the optical sensor 3 and the radio beam of the radar sensor 1 of the antenna reflector surface is carried out synchronously along the same path in the scanning plane, from the point of view of the fundamental principles of mathematical analysis, this means that the element of synchronous scanning of the reflector surface and the signal of the optical sensor 3 with respect to the scanning element and the signal of radar sensor 1 is the total differential of the function of the distribution signal of the shape of the reflective surface of the reflector obtained by synchronous scanning by radar sensor 1. In turn, following the same fundamental principles of mathematical analysis, integral and differential calculus, we find that The synchronous scanning signal of the reflecting surface of the reflector by the radar sensor 1 is an integral of the integrand of the distribution signal of the shape of the reflecting surface of the reflector obtained with synchronous aniating by an optical sensor 3. The paths of the scanning path of the optical beam and the radio beam are aligned with the axes of symmetry (x, y), therefore, the central regions of the resolution element of the radio beam of the radar sensor 1 and the resolution element of the optical beam of the optical sensor 3 synchronously with the same speed within the error their combination for the same scanning time interval passes along the same elements of the vicinity of the axis of symmetry (x, y) of the scanning path of the reflecting surface of the reflector. When synchronously scanning the reflector surface with an optical beam of the optical sensor 3 and a radar beam of the radar sensor 1, the signal taken from the output of the optical sensor 3, which is the full differential and the antiderivative signal of the surface shape of the reflector, additively present in the signal of the radar sensor 1, is fed to the second input of the integrator 4. The integrator 4, synchronized at the first input by the signal of the scanner 2 with the control system, integrates the output signal of the optical sensor corresponding to the optical element of the format (a ox × b oy ), within the boundaries (a px × b py ) of the size of the scanning element of the surface shape of the radar reflector of the sensor 1. As a result of this integration operation, synchronously with the signal of the radar sensor 1, the integrator 4, on the basis of the antiderivative function - the differential original of the signal of the surface shape of the reflector received at the output of the optical sensor 3, forms an integral A copy of the signal reflector surface shape.

Особенность сигнала формы поверхности рефлектора, получаемого радиолокационным датчиком 1, состоит в том, что этот сигнал является, в лучшем случае, аддитивной смесью двух огибающих сигналов - формы поверхности рефлектора и изрезанной лепестковой формы диаграммы направленности излучателя радиолокационного датчика. В худшем для метрологии формы поверхности рефлектора случае, сигнал формы поверхности рефлектора, получаемый радиолокационным датчиком 1, будет являться сложной мультипликацией этих двух, в этом случае трудно разделимых, огибающих сигналов.A feature of the reflector surface shape signal received by the radar sensor 1 is that this signal is, at best, an additive mixture of two envelopes of signals - the shape of the reflector surface and the rugged lobe shape of the radiation pattern of the radar sensor. In the worst case for reflector surface shape metrology, the reflector surface shape signal received by the radar sensor 1 will be a complex animation of these two, in this case, difficult to separate envelope signals.

Отличие сигнала формы поверхности рефлектора, формируемого на выходе интегратора 4 и получаемого на основе сигнала оптического датчика формы поверхности рефлектора 3, заключается в присутствии огибающей только одного сигнала, а именно, сигнала формы поверхности рефлектора, формируемого интегратором 4 путем усреднения сигнала формы поверхности рефлектора, получаемого на выходе оптического датчика 3, в заданных границах элемента радиолокационного датчика.The difference between the reflector surface shape signal generated at the output of the integrator 4 and obtained based on the signal of the optical reflector 3 surface shape sensor is the presence of an envelope of only one signal, namely, the reflector surface shape signal generated by integrator 4 by averaging the reflector surface shape signal obtained at the output of the optical sensor 3, at predetermined boundaries of the radar sensor element.

Синхронное поступление сигнала формы поверхности рефлектора с выхода радиолокационного датчика 1 и сигнала формы поверхности рефлектора с выхода интегратора 4 на входы блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенны 5, выполняющего синхронное вычитание значений этих двух входных сигналов, приводит к выделению на его выходе компоненты сигнала радиолокационного датчика, которая соответствует огибающей сигнала формы распределения диаграммы направленности радиоизлучения антенны радиолокационного датчика 1. Синхронная подача на входы блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны 6 выходного сигнала радиолокационного датчика 1 и сигнала, получаемого на выходе блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенны 5, которая соответствует огибающей сигнала формы распределения диаграммы направленности радиоизлучения антенны, позволяет в чистом виде получить сигнала формы поверхности рефлектора антенны 6 на основе выходного сигнала радиолокационного датчика 1, очищенного от вклада аддитивной компоненты сигнала формы распределения диаграммы направленности радиоизлучения антенны, исходно присутствующей в выходном сигнале радиолокационного датчика 1.The synchronous arrival of the signal of the shape of the surface of the reflector from the output of the radar sensor 1 and the signal of the shape of the surface of the reflector from the output of the integrator 4 to the inputs of the allocation block of the signal distribution of the radiation pattern of the antenna 5, which performs the synchronous subtraction of the values of these two input signals, leads to the separation of the components of the signal of the radar sensor at its output , which corresponds to the envelope of the signal of the distribution pattern of the radiation pattern of the antenna of the radar sensor 1. Synchronously feeds the inputs of the signal allocation unit of the surface shape of the antenna reflector 6 to the output signal of the radar sensor 1 and the signal received at the output of the allocation block of the signal distribution pattern of the antenna pattern 5, which corresponds to the envelope the signal shape of the distribution pattern of the radiation pattern of the antenna, allows you to purely get the signal shape of the surface of the reflector of the antenna 6 based on the output signal of the radar sensor 1, cleared of the contribution of the additive component of the signal of the distribution form of the radiation pattern of the antenna, initially present in the output signal of the radar sensor 1.

Таким образом, в данном устройстве контроля формы распределения диаграммы направленности радиоизлучения антенны и формы поверхности рефлектора антенны, во-первых, однозначно определяется огибающая формы распределения диаграммы направленности радиоизлучения антенны, и, во-вторых, устраняется влияние изрезанной лепестковой формы диаграммы направленности излучателя радиолуча радиолокационного датчика на результат измерения формы поверхности рефлектора антенны.Thus, in this device for controlling the shape of the distribution pattern of the radiation pattern of the antenna and the shape of the surface of the antenna reflector, firstly, the envelope of the distribution pattern of the pattern of radiation of the antenna is uniquely determined, and secondly, the influence of the rugged petal shape of the pattern of the radiation path of the radar sensor on the result of measuring the surface shape of the antenna reflector.

Исключение вклада сигнала изрезанной лепестковой формы диаграммы направленности излучателя радиолуча из общего результирующего сигнала радиолокационного датчика, являющегося аддитивной смесью двух сигналов - сигнала формы поверхности рефлектора и сигнала изрезанной лепестковой формы диаграммы направленности излучателя радиолокационного датчика, позволяет существенно (в два и более раза) повысить точность измерения формы поверхности рефлектора антенны радиолокационным датчиком.The elimination of the contribution of the signal of the rugged petal shape of the radiation pattern of the radiator from the total resulting signal of the radar sensor, which is an additive mixture of two signals — the signal of the surface shape of the reflector and the signal of the rugged shape of the radiation pattern of the radiator, allows you to significantly (two or more times) increase the measurement accuracy the surface shape of the antenna reflector by a radar sensor.

Практическое использование предлагаемого устройства возможно во всех типах антенных полигонов; применение устройства обеспечивает восстановление исходных параметров карт неравномерностей поверхности отражателя рефлекторов 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 ensures the restoration of the initial parameters of the maps of the surface irregularities of the reflector of the antenna reflectors of both centimeter and millimeter radio bands, increases the accuracy and reliability of the results.

Claims (1)

Устройство контроля диаграммы направленности и формы отражающей поверхности антенной системы, включающий рефлектор антенны, радиолокационный датчик формы поверхности рефлектора антенны, выход которого соединен с входом сканера с системой его управления, а выход сканера с системой его управления подключен к входу радиолокационного датчика формы поверхности, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит последовательно соединенные оптический датчик формы поверхности рефлектора антенны, вход которого связан с выходом сканера с системой управления, и интегратор, второй вход которого подключен к выходу сканера с системой управления, при этом выход интегратора подключен к первому входу блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы, а второй вход которого связан с вторым выходом радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны, причем второй выход радиолокационного датчика формы поверхности рефлектора антенны соединен с первым входом блока выделения сигнала формы поверхности рефлектора антенны, а второй вход которого подключен к выходу блока выделения сигнала распределения диаграммы направленности антенной системы.A device for controlling the radiation pattern and shape of the reflective surface of the antenna system, including an antenna reflector, a radar sensor of the surface shape of the antenna reflector, the output of which is connected to the input of the scanner with its control system, and the output of the scanner with its control system is connected to the input of the radar sensor of the surface shape, characterized in that the device further comprises a series-connected optical sensor of the surface shape of the antenna reflector, the input of which is connected to the output of the scanner with a control system, and an integrator, the second input of which is connected to the output of the scanner with a control system, while the output of the integrator is connected to the first input of the allocation signal allocation unit radiation patterns of the antenna system, and the second input of which is connected to the second output of the radar sensor of the surface shape of the antenna reflector, and the second output of the radar sensor of the surface shape of the antenna reflector is connected to the first input the signal extraction loka of the surface shape of the antenna reflector, and the second input of which is connected to the output of the signal allocation block of the antenna system radiation pattern.
RU2019135902A 2019-11-07 2019-11-07 Beam pattern and reflecting surface antenna system control device RU2725514C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135902A RU2725514C1 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Beam pattern and reflecting surface antenna system control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135902A RU2725514C1 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Beam pattern and reflecting surface antenna system control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725514C1 true RU2725514C1 (en) 2020-07-02

Family

ID=71510189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135902A RU2725514C1 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Beam pattern and reflecting surface antenna system control device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2725514C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1555737A1 (en) * 1987-10-06 1990-04-07 Предприятие П/Я А-1649 Scanning mirror antenna
JPH09178790A (en) * 1995-12-22 1997-07-11 Mitsubishi Electric Corp Device and method for measuring antenna pattern
RU2291453C1 (en) * 2005-03-21 2007-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный институт радиоэлектроники Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials
RU2576493C2 (en) * 2014-06-17 2016-03-10 Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method for synthesis of shape of reflecting surface of mirror-type antenna system
RU2623193C1 (en) * 2016-03-22 2017-06-22 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр Тверских военных пенсионеров" (ЗАО "НПЦ ТВП") Device for measurement of antenna directivity diagram parameters
RU2665495C1 (en) * 2017-10-11 2018-08-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Dual-mirror antennas with mechanical targeting

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1555737A1 (en) * 1987-10-06 1990-04-07 Предприятие П/Я А-1649 Scanning mirror antenna
JPH09178790A (en) * 1995-12-22 1997-07-11 Mitsubishi Electric Corp Device and method for measuring antenna pattern
RU2291453C1 (en) * 2005-03-21 2007-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный институт радиоэлектроники Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials
RU2576493C2 (en) * 2014-06-17 2016-03-10 Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method for synthesis of shape of reflecting surface of mirror-type antenna system
RU2623193C1 (en) * 2016-03-22 2017-06-22 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр Тверских военных пенсионеров" (ЗАО "НПЦ ТВП") Device for measurement of antenna directivity diagram parameters
RU2665495C1 (en) * 2017-10-11 2018-08-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Dual-mirror antennas with mechanical targeting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111239730B (en) Electromagnetic non-line-of-sight imaging method based on time reversal and compressed sensing
US5557282A (en) Height finding antenna apparatus and method of operation
US10581150B2 (en) Method and apparatus for radar accuracy measurements
CN109507688B (en) Laser emitting device, laser radar detection device and method
CN108226902A (en) A kind of face battle array lidar measurement system
JP5025359B2 (en) Radar equipment
RU2725514C1 (en) Beam pattern and reflecting surface antenna system control device
RU2291464C2 (en) Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization
AU2010297455B2 (en) Method and device for measuring a profile of the ground
CN114002664A (en) Sum and difference beam imaging target detection and accurate angle measurement method
RU2392638C1 (en) Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions
CN111505654A (en) Object position detection method and laser radar
CN207937596U (en) A kind of face battle array lidar measurement system
RU2718127C1 (en) Device for controlling shape of reflective surface of mirror-type antenna system
Cetinkaya et al. Focusing patterns within far and near field for a novel 2D sparse MIMO array
JP2001153906A (en) Instrument and method for measuring antenna
CN210690823U (en) Laser radar
RU2725030C1 (en) Device for measuring shape of arbitrary reflecting surface of antenna system
CN109828030B (en) Reflector morphology extraction system and method based on sound field characteristics
RU2697662C1 (en) Method of measuring angular coordinates of targets by a radar station with a digital antenna array
EP3869616A1 (en) Measurement system for measuring an angular error introduced by a radome and corresponding method
RU2682239C1 (en) Low-flying target accurate tracking method by elevation angle under interference conditions
RU2707506C1 (en) Method of monitoring operability of a radar station and a system for realizing said radar station
Barmak et al. Reconstruction of the time dependence and signal parameters of far-field extended wideband sources: Part 2. Reconstruction of the directivity pattern of a moving source
CA3045206A1 (en) Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar system