Антенные решетки с цифровым формированием диаграммы направленности.

 

Метод цифрового формирования диаграммы направленности (ДН) антенной решетки давно привлекает внимание специалистов, поскольку обеспечивает адаптивное управление формой ДН, в частности формирование провалов («нулей») ДН в направлении источников радиопомех. До недавнего времени метод применялся только в станциях с невысокой частотой обновления данных, в частности в сонарных системах и загоризонтных РЛС

НЧ-диапазона. Например, он используется для формирования приемной ДН в стационарной загоризонтной РЛС фирмы General Electric и в передислоцируемой загоризонтной РЛС фирмы Raytheon. Несмотря на сложные проблемы, связанные с применением метода в РЛС СВЧ-диапазона, где частота обновления данных значительно выше, определенные успехи

достигнуты и в этом направлении. Так, датская фирма Signaal применила цифровое формирование ДН в антенных системах своих трехкоординатных корабельных РЛС SMART-L и SMART-S, правда, только в режиме приема. Антенна РЛС SMART-L состоит из 24 строк излучателей. Сигналы, принимаемые каждой строкой, преобразуются с понижением

частоты. Затем они проходят импульсное сжатие с помощью схемы на ПАВ и далее поступают на 12-разрядный АЦП с тактовой частотой 20 МГц. Полученные цифровые сигналы модулируют оптическую несущую, и результирующий сигнал через вращающееся соединение световодов поступает на цифровой диаграммоформирователь, который формирует 14 приемных лучей. Значительных успехов в разработке методов цифрового формирования ДН добились специалисты Ромской исследовательской лаборатории, выполняющие заказ DARPA. Для проведения исследований была создана антенная решетка

С-диапазона, состоящая из 32 столбцов излучателей. Лучи формируются с помощью быстродействующего цифрового формирователя ДН. В его состав входят четыре процессора, которые обрабатывают сигналы по 64 каналам и формируют 4, 8, 16 или 32 независимых луча. Процессоры имеют систолическую архитектуру и обеспечивают выполнение операций умножения и сложения с высокой скоростью. Производительность одного процессора - 5.109 комплексных операций в секунду. В лаборатории изучается применение методов цифрового диаграммоформирования для коррекции ДН элементов антенной решетки, а

также формы ДН всей решетки в случае выхода из строя ее отдельных элементов. Специалисты лаборатории создали также устройство цифрового формирования на базе нейронной вычислительной сети. Экспериментальная проверка нейросетевого цифрового формирователя ДН проводилась на специально созданной 8-элементной решетке Х-иапазона. Исследования показали, что применение нейросетевых вычислителей обеспечивает

адаптацию алгоритма вычисления к параметрам решетки, снимает необходимость встроенного контроля и калибровки параметров антенны. На фирме Roke Manor Research сконструирована экспериментальная 13-элементная антенная решетка, в которой цифровое формирование происходит как в режиме приема, так и в режиме передачи. Формирование в

режиме передачи позволяет ориентировать «нули» ДН в направлении возможной угрозы противорадиолокационных ракет либо высокого уровня помех. Шведские специалисты предложили новый метод цифрового формирования ДН с стробированием сигнала промежуточной частоты. Метод испытан на экспериментальной решетке, работающей в диапазоне 2,8-3,3 Ггц.

Для выполнения операции цифрового формирования сигнал промежуточной частоты 19,35 МГц стробировался с частотой 25,8 МГц. Исследования показали, что такое формирование ДН компенсирует амплитудные и фазовые вариации между элементами, возникающие при работе в широком угловом секторе и в широкой полосе частот. Так, изменение коэффициента усиления в угловом секторе, происходящее из-за взаимного влияния элементов решетки, было снижено с +1 до +0,1 дБ, а изменение того же параметра в полосе частот 5 МГц - с 0,5 до 0,05 дБ. Применение антенных решеток с цифровым формированием ДН не ограничивается стационарными станциями. Недавно были проведены летные испытания бортовой РЛС L-диапазона с цифровым диаграммо-формирователем, в состав которого входит адаптивный процессор пространственно-временной обработки сигналов STAP. ФАР, состоящая из 11 столбцов излучателей, размешалась вдоль фюзеляжа самолета. Станция обеспечивает подавление помех от 52 до 69 дБ.

 

Основные научно-технические результаты работ в области антенных систем с электронным управлением лучом могут быть с успехом применены не только в системах управления вооружением, но и в радиолокации широкого назначения: метеорадарах, авиационных и наземных системах наблюдения и информационного обеспечения, управления воздушным движением, связи и др. Эффективность применения собственных технологий для решения этих новых задач определяется не только высокими радиотехническими и массо-абаритными характеристиками и новыми функциональными возможностями, но и низкой себестоимостью изготовления АС, обусловленной комплексом высокопроизводительных технологий и производственных процессов. В последнее время в технической литературе распространилось мнение, что в XXI век путь будет открыт только для радаров с активными

фазированными антенными решетками. Однако боевое преимущество дает электронное сканирование, а не вид решетки: пассивная или активная. И дилемма ФАР-АФАР несколько надумана. Более актуальными задачами, на наш взгляд, являются: повышение эффективности использования в РЛС возможностей электронного управления лучом; точное формирование задач разработчикам нового поколения антенн и радаров по функциональным, эксплуатационным и стоимостным показателям на базе современной военной стратегии.

Знаний же, накопленного опыта и имеющихся в нашем распоряжении технических средств достаточно для того, чтобы выбрать наиболее рациональный и эффективный способ решения.