Вычислительное устройство для управления решеткой излучателей

Вычислительное устройство для управления решеткой излучателей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕШЕТКОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, содержащее генератор последовательности импульсов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора последовательности импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения согласования с излучателями и расширения функциональных возможностей путем обеспечения сканиро-. вания по двум координатам, в него введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждь1й разряд каждого накапливакицего сумматора, импульсныеусилители и фильтрна по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора/ тактовых сигналов соединен с входом второго триггера , единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, выходы первого, второго, третьего, (Л четвертого и пятого элементов И соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ, выход каждого иэ которых подключен к входу разряда соответствующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с треел тьими выходами генератора последоо ф вательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего Сдд О разряда каждого накапливающего сумматора череэ соответствующие последовательно соединенные импульсный усилитель и фильтр подключен к выходу устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1150630

q(gg G 06 F 15/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3658330/24-24 (22) 31, 10.83 (46) 15.04.85, Бюл. И 14 (12) Л.К.Самойлов и С.В.Николаев (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (53) 681.325.22(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 335692, кл. С 06 F 15/20, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

У 463977, кл, С. 06 Р 15/20, 1973 (прототип). (54).(57) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕШЕТКОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, содержащее генератор последовательности импульсов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входи которых соедииены с первым выходом генератора последовательности импульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения согласования с излучателями и расширения функциональных возможностей путем обеспечения сканиро-. вания по двум координатам, в него введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждый разряд каждого накапливающего сумматора, импульсные- усилители и фильтры по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора тактовых сигналов соединен с входом второго триг" гера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, Pg выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ, выход каждого из которых подключен к входу разряда соответст- g вующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с третьими выходами генератора последовательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего разряда каждого накапливающего сумматора через соответствующие последовательно соединенные импульсный

1усилитель и фильтр подключен к выходу устройства.

1150630 2

Поставленная цепль достигается тем, что в устройство, содержащее генератор последовательности импуль50

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано, преимущественно, в системах гидроакустической локации с цифровым управлением. 5

Известно устройство для управления лучом плоской антенной решетки, содержащее узел управления, узел вычитающих счетчиков, два координатных множительных устройства, сумми- 10 рующие счетчики строк и реверсивные счетчики столбцов, причем выходы координатных множительных устройств соединены с входами суммирующих счетчиков строк и входами реверсивных 15 счетчиков столбцов, выходы которых через схемы совпадения соединены с входами ключевых схем, предназначенных для управления фазовращателями 1).

Недостатками указанного устройства являются его сложность и низкое быстродействие, обусловленное использованием унитарного кода для установ- э5 ки начальных фаэ отдельных излучателей. Кроме того, для согласования с излучателями требуются дискретноуправляемые фазовращатели.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является . устройство для управления дискретнокоммутационной линейкой излучателей, содержащее генератор импульсов, программный блок, накапливающие сумма-.

35 торы по числу излучателей, триггер знака, вход которого соединен с выходом программного блока, а первый и второй выходы соединены с первыми входами соответственно первой и вто40 рой схем совпадения, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы соединены с соответствующими входами накапливающих сумматоров 2).

Недостатками данного устройства являются его ограниченные функциональные воэможности, поскольку управление лучом возможно только в одной плоскости, и сложность согласования с излучателями посредством дискретно-управляемых фаэовращателей в канале каждого излучателя.

Цель изобретения — упрощение согласования с излучателями и расширение функциональных возможностей путем обеспечения сканирования по двум координатам. сов, накапливающие сумматоры по числу излучателей, первый триггер, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых сигналов, а единичный и нулевой выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора последовательности импульсов, введены второй триггер, третий, четвертый и пятый элементы И, элементы ИЛИ по одному на каждый разряд каждого накапливающего сумматора, импульсные усилители и фильтры по одному на каждый излучатель, причем второй выход генератора тактовых сигналов соединен с входом второго триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора последовательности импульсов, выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И соединены с входами соответствующих. элементов ИЛИ выход каждого из кото) рых подключен к входу разряда соответствующего накапливающего сумматора, первый и второй входы пятого элемента И соединены соответственно с третьими выходами генератора последовательности импульсов и генератора тактовых сигналов, выход старшего разряда каждого накапливающего сумматора через соответствующие последовательно соединенные иМпульсяий усилитель и фильтр подключен к выходу устройства.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— временная диаграмма сигналов.

На фиг. 1 и 2 обозначены генератор 1 последовательности импульсов) триггеры 2 и 3, генератор 4 тактовых сигналов с выходами 5 - 7 элементы И 8 — 12, элементы ИЛИ 13, накапливающие сумматоры 14. с входом 15 и выходом 16, импульсные усилители 17, фильтры 18, выход 19 устройства, импульсный сигнал 20 на выходе 16 старшего разряда накапливаю« .щего сумматора 14 с нулевым начальным состоянием, сглаженный сигнал 21. . на выходе 19, импульсный сигнал 22

50630 д4=2Н/2

3 11 на выходе 16 старшего разряда накал ливающего сумматора 14 с начальным состоянием равным трем (011 в двоичной системе) и соответствующий ему сглаженный сигнал 23 на выходе 19.

Генератор 1 предназначен для получения трех последовательностей синхрониэирующих импульсов С, С„ и С . Для обеспечения правильной работы устройства импульсы в последовательностях С, С„ и С должны появляться со сдвигом во времени, достаточным для завершения переходных процессов в накапливающих сумматорах 14. Частота импульсов в последовательностях .определяет соответственно частоту излучения, скорость сканирования по оси х и скорость сканирования по оси у. Триггеры 2 и 3 служат для управления направлением сканирования по оси у и х соответственно. Генератор 4 вырабатывает сигналы на выходах 5 и 6 для управления триггерами 2 и 3 соответственно и сигнал на выходе 7, разрешающий излучение. Импульсный . усилитель 17 предназначен для усиления импульсного сигнала до величины, необходимой для нормальной работы отдельного излучения. Фильтр 18 служит для сглаживания импульсного сигнала.

Разрядность и всех накапливающих сумматоров 1.4 одинакова и выбирается исходя из требуемой дискретности фазы д в соответствии с формулой

Устройство работает следующим .образом.

Предполагается, что в исходном состоянии все накапливающие сумматоры 14 установлены в нулевое состояwe. В том случае, когда излучаемый луч не должен отклоняться от нормали к плоскости решетки излучателей, генератор 1 вырабатывает только последовательность С, а на других выходах импульсы отсутствуют. После того, как генератор 4 установит единичное значение сигнала íà выходе 7, элемент И 8 откроется и импульсы последовательности С поступят через элементы ИЛИ 13 на входы 15 младших разрядов scex накапливающих сумматоров 1 4. По каждому импульсу последовательности С содержимое . всех накапливающих сумматоров 14

1О

S5 будет увеличиваться на единицу.

В результате все накапливающие сумматоры 14 будут синхронно н периодически менять свои состояния от (0...0 до (1...1) и сигналы на выходах 16 их старшего разряда и выходах 19 будут иметь вид, описываемый соответственно кривыми 20 и 21 на фиг. 2. Частота излучаемого сиг- нала 2 1 в два раза меньше частоты ,импульсной последовательности С.

Для отклонения луча, например, по оси х генератор 1 вырабатывает кроме последовательности С последо" вательность импульсов С„, а генератор 4 с помощью сигнала на выходе 6 устанавливает триггер 3 в состояние, соответствующее направлению отклонения луча от нормали к плоскости решетки излучателей. При отклонении луча в положительном направлении с помощью триггера 3 открывается элемент И 12 и импульсы последовательности С„в naysax между импульсами последовательности С поступают через элементы ИЛИ 13 в соответствуI

1/ ющие разряды накапливающих суммато- ров 14. В результате накапливающие сумматоры 14, расположенные в -м столбце, получат приращение равное (+ ). При отклонении луча по оси х в отрицательном направлении с помощью триггера 3 открывается элемент И 11 и импульсы последовательности С„ в пазах между импульса-. ми последовательности С поступают через элементы ИПИ 13 в соответствующие разряды накапливающих сумматоров 14. При этом накапливающие. сумматоры 14, расположенные в 1-и столбце, получают приращение равное (-1).

Поступление следующих импульсов серии С приведет к синхронному изменению состояний всех накапливающих сумматоров 14, однако между сигналами на выходах 19 в разных столбцах появится сдвиг по фазе равный 1ьЧ по отношению к сигналу на выходе 19 в нулевом столбце. На фиг. 2 кривые 22 и 23 отображают сигналы на выходе 16 старшего разряда накапливающего сумматора 14 и выходе 19 соответственно для случая, когда . сдвиг по фазе составляет три дискре-. та Фазы ь .

Аналогичным образом осуществляется отклонение луча по оси у. Для этого генератор 1 должен вырабатывать

1150630 импульсную последовательность С,.

С помощью сигнала на выхопе 5 триггер 2 устанавливается в состояние, соответствующее направлению отклонения луча по оси у. Через элементы ИЛИ 13 импульсы поступают на соответствующие разряды всех сумматоров 14, в результате чего сумматоры 14, находящиеся и 1-й строке, получат приращение (+j) или (-j)

10 в зависимости от знака отклонения, а сигналы на выходах 19 получат соответствующие фаэовые сднига на величину 14 .

Обозначим текущую фазу сигнала на выходе 19, расположенного н i-м столбце и >-й строке, через Р„", тогда н соответствии с работой устройства ее величина определяется формулой

2я (

F — частота импульсов последовательности С;

Fñõ и F — частота импульсон последона- 30 тельностей С „ и С„ соответственно;

1 — время излучения, равное времени,.в течение которого сигнал на выходе 7 принимает

35 единичное значение;

-к+ и (- — время, в течение которого осуществляется сканирование в положительном и отрицательном направлениях по осям Х и У 4g соответственно.

Из формулы (1) видно, что частота излучаемого сигнала Fo определяется частотой Fo импульсов последовательности С и ранна 45

F, =F,/2", а скорость сканирования по осям Х и У однозначно определяется независимыми частотами Рс„ и с соответствующих последовательностей С„ и C„, S0

Точность установки луча в заданное направление определяется величиной дискрета фазы а1=2я/2", который, н свою очередь, определяется разрядностью 11 накапливающих сумматоров.

В предлагаемом устройстве устраняется необходимость в использовании фазовращателей, а импульсные усилители представляют собой по существу мощные ключевые каскады, которые по сравнению с обычными усилителями, работающими в активном режиме, содержат меньшее число компонентов, обладают более высоким КПД, некритичны к разбросу параметров компонентов и источников питания и более устойчивы к воздействию внешней среды.

Ввиду невысоких требований к форме сигналов, подаваемых на излучатели, сглаживающие фильтры могут быть построены по самым простейшим схемам, Более того, сами излучатели обладают определенной инерционностью и резонансными свойствами и в большинстве случаев импульсное возбуждение излучателей является вполне приемпемым.

Устройство может быть полностью построено на серийных микросхемах малой и средней степени интеграции.

В частности, при дискретности фазы ранкой TI /8 нужны четырехраэрядные накапливающие сумматоры, для построения каждого из которых потребуется дне микросхемы средней степени интеграции (например, одна микросхема четырехраэрядного комбинационного сумматора К155НМ3 и одна микросхема

К155ТИ5, содержащая четыре 11 -триггера) °

По сравнению с известным устройством при одинаковых функциональных возможностях, а именно при сканировании лучом по двум координатам, н предлагаемом устройстве отсутствует необходимость в дополнительных фаэонращателях с дискретным управлением, количество координатных линий связи равно четырем, в то время как в известном устройстве количество координатных линий связи определяется размерами решетки излучателей и числом секции фазонращателей и для решетки размером 30х30 и четырехразрядных фазовращателей количество координатных линий связи равно 150, следовательно, предлагаемое устройство для указанного случая позволяет более чем в 30 раэ сократить число координатных линий связи, для решетки больших размеров этот выигрыш соответственно будет больше, это упрощает технологию изготовления и повышает надежность эксплуатации.

Предлагаемое устройство обеспечивает более широкий диапазон скоростей сканиронания лучом, скорость скани1150630 рования можно оценить временем отклонения луча на угол, соответствукнций одному дискрету фазы, в предлагаемом устройстве отклонение на один . дискрет фазы осуществляется в течение одного периода синхроимпульсов, в то время как в известном устройстве для этого необходимо число тактов синхроимпульсов, равное количеству излучателей в столбце или строке решетки, следовательно, для решетки излучателей размером 30 х 30, предлагаемое устройство обеспечивает в 30 раэ большую скорость сканирования лучом.

В навигационно-рыбопоисковом комплексе "Сарган-К" управление лучом решетки излучателей осуществляется путем вращения механической конструкции антенны, таким же способом осуществляется стабилизация луча по отношению к качке судна.

В предлагаемом устройстве управле-. ние лучом осуществляется электрическим способом без каких-либо механических перемещений. Это позволяет существенно увеличить скорость сканирования повысить надежность работы

7 и технологичность изготовления за счет исключения сложных механических, электромеханических и гиправлических узлов и систем, нри этом снижается вес, габариты и металлоемкость иэделия. Кроме того, электрическое управление сканированием является наиболее благоприятным с точки зрения возможности автоматизации процесса поиска. рыбы с помощью судовых средств вычислительной техники. Таким образом, применение устройства позволяет шире использовать цифровую элементную базу и обеснечивает большую гибкость функционирования.

РЯУЗОВ йище

Составитель А.Жеренов

Редактор Ю. Ковач -Техред М Ладь - Корректор . Пилипенко . Заказ 2145/3S Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул .Проектная, 4