Основи на радиолокацията

Цифрово формиране на диаграми на насоченост

Аналогово формиране на лъча

Техниката за формиране на лъча на радиолокационната антена, наречена «Аналогово формиране на лъча» (на английски език: Analogue Beamforming, ABF), включва комбиниране на ехосигналите, получени от всеки отделен елемент на фазираната антенна решетка на нивото на носещата радиочестота. Получените по този начин сигнали се подават на входа на един или повече (до четири) приемни канала, където сигналите се преобразуват с прехвърляне на спектъра в основната честотна лента (или в междинна честота). След това аналогово-цифровият преобразувател (A/D Converter) цифровизира видеосигнала или сигнала с междинна честота.

Цифровото формиране на лъча

Цифровото формиране на лъча (на английски език: Digital Beamforming, DBF) може да бъде реализирано на ниво излъчващ елемент или малка група елементи (ниво подрешетка). Архитектурата за цифрово формиране на лъча се състои от набор от цифрови приемници, по един за всеки излъчващ елемент в антената. Междинното преобразуване на честотата и цифровизацията на приетите сигнали се осъществяват за всеки антенни елемент (или техни малки групи). Шумът и изкривяването на сигнала във всеки такъв приемник са декорелирани спрямо другите приемници.

По този начин една антенна система може да генерира множество независими лъчи, ориентирани в различни посоки. За тази цел в системата е включен специален процесор за формиране на лъча. Предимства на цифровото формиране на лъча:

• Подобрен динамичен диапазон на приемника;
• Управление на множество лъчи;
• По-ефективен и по-бърз контрол на амплитудата и фазата на сигнала.

Ако за управлението и тактовото захранване на антенните модули се използват безжични връзки, това се нарича безжично цифрово формиране на лъча (на английски език: Wireless Digital Beamforming, WDBF). Това води до възможността за разпределяне на антенните елементи в разпределена радарна система..

Стандартизиран модулен приемо-предавателен модул

Стандартизиран модулен приемо-предавателен модул (на английски език: Standardised Modular Transmit-/Receive-Module, SMTRM®). Тези приемо-предавателните модули са ключови компоненти на технологията за цифрово формиране на лъча. Тези модули се състоят от част от усилвателя на мощността на предавателя и някои части от приемника. Модулите могат да се произвеждат масово, за да се постигне най-добро съотношение между разходи и ефективност. Благодарение на компактния дизайн на модулите загубите по линията при обработката на сигнала са незначителни. Стандартизираните приемо-предавателни модули могат да се използват в различни радари с незначителна персонализация. Такива модули се използват например в многофункционалния X-лентов радар за управление на огъня на системата за средна разширена противовъздушна отбрана MEADS, в радара за наземно наблюдение BÜR на германската армия, в космическия радар TerraSAR-X и в радара E-Captor на изтребителите «Eurofighter».

Стандартизираният приемо-предавателен модул SMTRM представлява запечатана печатна платка с дължина 64,5 mm, широчина 13,5 mm и височина 4,5 mm. Тази платка съдържа усилвател на мощност под формата на две монолитни интегрални схеми, захранвани с различни фазови отмествания, феритен циркулатор за превключване на приемния и предавателния път, монолитен интегриран ограничител и предусилвател с нисък шум. Полученият сигнал се преобразува в междинна честота. Всички схеми са базирани на Галиев арсенид (GaAs) полупроводникова технология. Охлаждането на много такива модули, монтирани в ограничено пространство, вероятно ще бъде проблематично.

Процесор за цифровото формиране

Едновременното приемане на различни антенни диаграми на насоченост стана възможно с цифровите приемници, тъй като само цифров сигнал може да бъде повторен (копиран) необходимия брой пъти без загуби. На практика полученият сигнал първо се преобразува в междинна честота и след това се цифровизира. Междинната честота от 75 MHz изисква аналогово-цифров преобразувател с честота на дискретизация от около 100 MHz..

Изображение 4: Схематично изображение на цифров процесор за формиране

Изображение 4: Схематично изображение на цифров процесор за формиране

Изображение 4: Схематично изображение на цифров процесор за формиране

На фигура 4 е показана схема на типичен процесор за цифрово формиране на диаграми на насоченост. Всеки елемент от фазираната антенна решетка има собствен канал за приемане, последван от аналогово-цифров преобразувател и цифров преобразувател (Digital Down-Converter, DDC). За правилното сумиране всеки канал има специален филтър, който изравнява честотната характеристика и регулира времето за разпространение в този канал. Такъв филтър се нарича филтър с краен импулсен отговор (Finite Impulse Response filter, FIR). Този филтър е настроен за специална процедура за калибриране. За да се извърши това калибриране, в приемния канал се подава известен радиочестотен тестови сигнал с линейна честотна модулация в цялата широчина на честотната лента или бял шум с известен интензитет. В този филтър се извършва и претегляне за потискане на страничните вибрации. Данните от всички аналогово-цифрови преобразуватели на каналите на приемника се комплексират («I» и «Q» компоненти) чрез набор от паралелни фазови превключватели към суматорите. Броят на добавките определя броя на едновременно формираните антенни модели за приемане. На фигурата броят на добавките е 100. Броят M на едновременно генерираните посоки на приемане е от 8 до 12 за въздушни разузнавателни радари с въртяща се антена (MRESR).