Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 94

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

р (|у}|С, а1...ак )=, _ 1        к ехр ("Л- ((СУ - Х \С-У - Х ))) (л/^-а) (  а      ^ '    4

где - след матрицы; Н - эрмитово сопряжение.

Неизвестными являются калибровочная матрица С и амплитуды сигналов излуча­телей аь..ак.

Максимизация функции правдоподобия эквивалентна минимизации следующей квадратичной формы

е(С,а ••• ак) = гт((с -У -XX)н -(С - У -X)).

Чтобы исключить тривиальное решение С=0 вводится ограничение

гт (С ) = N.

В этом случае ищется минимум функции

Е (С, а1 ••• ак, X) = гт ((С -У - XX )Н -(С - У - X )). + А,-(*т (С )-N)

Окончательно выражения для оценки неизвестных амплитуд имеют следующий вид

ак =( ^"к - ) V - С - ук, 1 м

ук =тгЕ

м т=1

Диагональные элементы калибровочной матрицы С определяются из системы линейных уравнений

к

к =1

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 1 9

f = (c0   0   ...   0   N)),Pk = I-(vf Vk)-1 Vk vf ,   ^ =    Y if - j.

z = 1 * N,    j = 1 * N,       k = 1 * ДГ, где rkii - элемент корреляционной матрицы Rk; pkiJ - элемент матрицы Pk;

Данная система линейных уравнений является избыточной - число уравнений больше числа неизвестных.

Такие системы линейных уравнений решаются методом псевдообращения и неизвестные определяются из выражения

(с„ •••        )) =(ФН •Ф)-1 -ФН f,

3. Результаты моделирования. Моделирование проводилось на линейной антенной решетке с числом антенных элементов N=32, расставленных через половину длины волны.

Напротив антенной решетки на удалении 10 длин волн находилось два вынесенных излучателя. Они симметрично располагались относительно центра решетки на расстоянии 10 длин волн один от другого.

Сигнал вынесенного излучателя принимался на фоне внешних шумов (некоррелированный гауссов шум с единичной дисперсией).

Неидентичность комплексного коэффициента передачи приемных каналов разыгрывалась по равномерному закону по амплитуде и по фазе.

На рис. 1 и 2 приведены отношения ошибок по амплитуде и фазе по антенным эле­ментам до и после калибровки в зависимости от отношения сигнал/шум в ближайшем к вынесенному излучателю антенном элементе.

£ 1.о |-,-,-,-,-,-

| 1.6 - V   ;        I :

1 1.4-   V :

^   | 1.2 - \ : : :

Ц 1-    V    \\\\

\   § 0.8 - : V

11аб-        %     \     \ \

1    ал............i......... ........\...........-...................

1       0.2 -........... ............ ■

г     01-i-i-; i—— i

О 0 10 20 30 40 50

Максимальное отношение сигнал/шум на антенных элементах, дБ

Рис. 1

Выводы. В работе предложен метод оценки калибровочных коэффициентов при проведении калибровки каналов линейной антенной решетки по нескольким вынесенным излучателям сигналов расположенных в близи от антенной решетки. Излучатели облуча­ют антенную решетку поочередно. Такая схема калибровки позволяет работать в реаль­ном времени.

Предложенный метод при оценке калибровочных коэффициентов учитывает не­идентичность вынесенных излучателей по амплитуде и фазе.

Оценка калибровочных коэффициентов получена в виде аналитического выраже­ния.

Литература

1. Hung E. K. L., Dawe B. J., Power D. Calibration of the receive antenna array in a pro­totype high frequency surface wave radar. Radar 99. International conference No5, Brest , FRANCE (17/05/1999).

Максимальное QCLU в антенных элементах решетки, в дь

Рис. 2

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 1 20

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АПРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ КАЛИБР1ОВКЕ АФА2 Р

В.И. Марков1, В.А. Усин2 1Научно-исследовательский центр радиотехнических и оптико-электронных систем «Обрий» Черниговский р-н, с. Сновянка, ул. Лесная, 2-Б, 15532, Украина тел.: 80972897174; e-mail: Markov_VI@mail.ru 2Харьковский Национальный университет радиоэлектроники 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, каф. ОРТ, тел. (057) 732-80-50, E-mail: usin_va@rambler.ru The key questions of the built-in performance monitoring system (BPMS) design, such as the choice the pilot signal inJection system and transfer matrix calibration, are presented in this paper. Special attention was given to the choice of the algorithms of controlled channel signal isolation, including the choice of the location and number of probe antennas, transfer matrix calibration, obtaining of normalizing coefficients for all modules and radiating elements, which are necessary for performance monitoring of the active phased array antennas (APAA) at sys­tem level. Some practical aspects of designing and application of the BPMS including construc­tive peculiarities of APAA, measurement restrictions and results of simulation and real meas­urements are presented to demonstrate the utility of the proposed monitoring technique. Future research directions in BPMS designing are highlighted.

Введение. Современные активные фазированные антенные решетки (АФАР) вклю­чают в себя как различные электронные компоненты (излучатели, фазовращатели, пере­ключатели, вентили, усилители, и т. д.), так и специализированные вычислительные уст­ройства. Такие элементы объединяются в приемопередающие модули (ППМ) [1]. Задачи достоверного контроля и диагностики технического состояния АФАР, т. е. определения реального амплитудно-фазового распределения (АФР) на апертуре и классификации не­исправностей ППМ и элементов являются приоритетными в процессе разработки и на­стройки АФАР, так как используемые распределения в апертуре должны обеспечивать уровень боковых лепестков (УБЛ) приёмных диаграмм направленности (ДН) от минус 35 дБ до минус 55 дБ. Технологические допуски на изготовление ППМ, трактов передачи СВЧ сигналов и конструкции АФАР приводят к случайным ошибкам реализации АФР на апертуре и к существенному росту УБЛ. Требуемые технические характеристики (ТХ) АФАР можно обеспечить при настройке и поддерживать в течение срока эксплуатации с помощью встроенной системы контроля и калибровки (ВСКК) не предъявляя жесткие требования к ППМ [2].

Основная часть.

Цель доклада. Анализ и решение проблемных вопросов, возникающих при созда­нии ВСКК для контроля, оценки интегральных характеристик и технического состояния АФАР, решение задач отслеживания изменения параметров элементов в каналах и калиб­ровки АФАР для коррекции параметров на уровне системы в процессе эксплуатации.

Виды контроля АФАР. Для обеспечения достоверного контроля и диагностики АФАР целесообразно использовать три вида контроля:

- тестовый контроль (контроль прохождения кодов на систему управления лучом (СУЛ) и проверка результатов расчета кодов фазовых сдвигов, выдаваемых на фазовра­щатели);

- низкочастотный контроль (контроль обрывов и коротких замыканий в цепях управления фазовращателями и аттенюаторами);

- определение комплексных коэффициентов передачи каналов (ККПК) для всех ра­бочих частот.

При разработке ВСКК были решены следующие научные проблемы:

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 1 2 1

- произведен выбор места размещения источников контрольного сигнала, обеспе­чивающих эффективное выделение сигнала контролируемого канала из суммарного сиг­нала на выходе АФАР при работе в режимах ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА;

- решена задача определения реальных ККПК при изменении величины вносимых потерь, наличия ошибок отработки заданных фазовых сдвигов, полных и частичных отка­зов фазовращателей (ФВ) в процессе переключения дискретов;

- обеспечена калибровка ККПК АФАР при облучении апертуры неплоской волной;

- получены оценки интегральных параметров АФАР с учетом взаимного влияния излучающих элементов.

Решение поставленных задач было обеспечено за счет размещения системы непод­вижных зондов (НЗ) вблизи апертуры для ввода контрольного сигнала в ближней зоне излучения АФАР. Такое размещение НЗ дало возможность исключить затенение аперту­ры АФАР и резко снизить уровень суммарного сигнала за счет несинфазного суммирова­ния сигналов отдельных каналов, а также обеспечить возможность проведения контроля и калибровки в режимах ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА.

Для настройки, контроля и диагностики АФАР наибольшее распространение полу­чили амплифазометрический и коммутационный методы.

Заводскую настройку целесообразно начинать с проверки технического состояния АФАР: контроль прохождения сигналов управления; тесты каналов управления СУЛ по токам ФВ, индикаторным панелям и обратной связи (запись/чтение управляющих сигна­лов); выявление технологических дефектов сборки; контроль ККПК по СВЧ сигналу и определение реальных фазовых сдвигов и вносимых потерь при переключении состояний ФВ. Необходимо провести оценку стабильности работы СУЛ (оценить разброс парамет­ров ФВ при многократных переключениях состояний) и сравнить характеристики ФВ и аттенюаторов полученные на специализированном стенде при проведении индивидуаль­ной проверки и подборе оптимальных кодовых комбинаций с данными контроля ККПК (в режимах прием/передача).

Первоначальная настройка АФАР проводится с помощью автоматизированного из­мерительного комплекса ближней зоны. Затем производится измерение комплексных ко­эффициентов передачи (ККП) между измерительным зондом, каждым из контрольных излучателей (КИ) и излучателями АФАР в режимах ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА. Далее прово­дится расчет нормирующих коэффициентов (НК), которые связывают ККП каналов при облучении плоской волной (измерительный зонд - излучатели АФАР) с ККП контроли­руемого канала при использовании контрольного излучателя (КИ - излучатели АФАР).

Полученные НК являются калибровочным стандартом (эталонными) для данной АФАР и обеспечивают поддержку требуемых пераметров АФАР в процессе эксплуатации [3].

Методические погрешности получаемых оценок значений ККПК обусловлены при­ближениями, принятыми в математических моделях АФАР и фазовращателя (ФВ). В мо­дели АФАР поле излучения представляется в виде суперпозиции полей излучения кана­лов АФАР, каждый из которых независимо управляется ФВ своего канала и не зависит от состояния соседних излучателей. Предположение о независимости поля излучения кана­ла от состояния других каналов является достаточно сильным, а ухудшение характери­стик АФАР при широкоугольном сканировании является одним из признаков нарушения этого требования [4].

Методическая погрешность оценки ККПК связана с предположением о независи­мости вносимого затухания от реализуемого фазового сдвига в модели ФВ. Для повыше­ния точности оценки ККПК необходимо использовать априорную информацию о модуле коэффициента передачи каждого фазовращателя в зависимости от его состояния на всех рабочих частотах. При отсутствии такой априорной информации (хотя бы о среднем по ансамблю изменении модуля коэффициента передачи от состояния фазовращателей дан­ного типа) оценки ККПК ФАР оказываются смещенными.

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 1 22

Для выделения сигнала контролируемого канала и определения вносимых реальных фазовых сдвигов и потерь при переключении дискретов ФВ разработан алгоритм, кото­рый обеспечивает высокую эффективность и точность за счет максимального использо­вания априорной информации, полученной на этапе входного контроля параметров ППМ.

Рассмотрим суть предлагаемого метода. Пусть Ак - результат измерений (амплитуда и фаза) комплексного коэффициента передачи между АФАР и контрольным излучателем. Представим Ак в виде Ак = Р0 + р0ак . Здесь Р0 - вектор суммарного сигнала всех неконтролируемых каналов (комплексная подставка); р0Чк - вектор сигнала контролируемого канала при к состоянии ФВ, к = 0N — 1; N - число состояний ФВ; р0 = А0 Р0 потери, вносимые при переключении состояний ФВ относительно нулевого дискрета (комплексный масштабирующий множитель, согласующий фазу и амплитуду контролируемого ФВ при к = 0); Чк - значения ККП контролируемого ФВ.

Примем Ч0 = 1,       = Ч1....({к—1 - значения модулей вносимых потерь на рабочих

частотах при переключении дискретов относительно 0 , которые известны из протоколов предварительных испытаний (входной контроль ФВ и ППМ).

Процесс  определения   Чк    является  итерационным.   Для  выбора начальных

1 N—1

приближений можно использовать величины Р00 =  Ц Ак   (выбор подставки) или

N

к=0

ср0 =        (начальное приближение реализации фазовых сдвигов).

Итерационная оценка величины Р0 при наличии ошибок измерений 8к должна

обеспечить минимум отклонений оценок Лк от реальных значений Ак для всех N состояний ФВ:

к=1 к=1

Ак  А0Чк  Р0(1  Чк) = 8к, А = 3А  АЧк  р0(1  Чк )\ -> т1П.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа