Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема и излучения радиоволн в радиотехнических системах связи, локации, пеленгации.
Взаимное влияние близко расположенных вибраторов кольцевой антенной решетки вызывает искажение напряжений на выходах решетки в режиме приема и токов в антеннах в режиме передачи относительно расчетных без учета этого влияния. Следствием является деформация диаграмм направленности парциальных каналов решетки, особенно при формировании нулей в заданном направлении, и ошибки радиотехнических измерений.
Известен способ компенсации взаимного влияния антенн при пеленговании источника радиоизлучения, включающий прием радиосигнала с помощью трех ненаправленных антенн, образующих кольцевую эквидистантную решетку, и приемного устройства, вычитание радиосигнала опорной антенны из радиосигналов других антенн и оценивание пеленга по полученным разностным сигналам [Патент RU 2263926, С2, G01S 3/02, опубл. 10.11.2005].
Недостатки способа состоят в ограничении области его применения режимом приема-пеленгования и к решеткам из трех антенн.
Известен способ компенсации взаимного влияния антенн при подавлении помех, включающий определение на рабочей частоте нормированных взаимных сопротивлений вибраторов решетки, прием радиосигнала с помощью решетки и приемного устройства и умножение матрицы нормированных взаимных сопротивлений на вектор принятых радиосигналов [Патент RU 2268041, C1, H01Q 3/00, опубл. 20.09.2009].
Взаимные сопротивления определяют экспериментально или теоретически, например методом наведенных ЭДС (электродвижущих сил).
Недостаток данного способа состоит в ограничении области применения режимом приема. Определение взаимных сопротивлений теоретическими методами сопровождается методическими и эксплуатационными погрешностями, что вызывает ошибки компенсации.
Известен способ определения взаимных сопротивлений связанных антенн, одна из которых пассивная, а другая активная. В данном способе синхронно измеряют комплексный ток, подводимый к активному вибратору, и напряжение на выходе пассивного вибратора, после чего, в соответствии с определением взаимного сопротивления, находят их отношение. [Патент RU 2030752 C1, G01R 29/10, опубл. 10.03.1995].
В применении к многоэлементной антенной решетке требуется большое число измерений, порядка квадрата числа вибраторов решетки. Реализация способа затруднена также необходимостью выполнения синхронных пространственно разнесенных измерений без изменения исходных характеристик связанных антенн.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является способ амплитудно-фазовой корректировки принимаемых сигналов, включающий определение на рабочей частоте коэффициентов взаимного влияния вибраторов решетки и матрицы этих коэффициентов, прием сигнала источника радиоизлучения с помощью решетки и приемного устройства и умножение обратной матрицы коэффициентов взаимного влияния на вектор принятых сигналов. [Афанасьев В.И., Разиньков С.Н., Уфаев В.А. Уменьшение систематических ошибок радиопеленгаторов при амплитудно-фазовой корректировке принимаемых сигналов. - Информационно-измерительные и управляющие системы, 2004, т.2, №6, с. 35-43].
Коэффициенты взаимного влияния есть отношение ЭДС наводимой в данном вибраторе от стороннего уединенного вибратора к ЭДС наводимой в стороннем уединенном вибраторе полем падающей электромагнитной волны, или, по-другому, коэффициент передачи ЭДС наводимой в стороннем уединенном вибраторе в данный вибратор. Эти коэффициенты в способе-прототипе определяют теоретическим методом.
Недостатком способа-прототипа является низкая точность компенсации, обусловленная зависимостью коэффициентов взаимного влияния от разнородных эксплуатационных факторов (технологических, монтажно-установочных погрешностей, неопределенности электрических параметров земной поверхности и других трудно учитываемых факторов при расчетах теоретическими методами) и наличием искажений токов в антеннах в режиме передачи.
Соответственно техническим результатом изобретения является повышение точности компенсации за счет устранения искажений токов в антеннах в режиме передачи и определения коэффициентов взаимного влияния по сигналам, принимаемым антенной решеткой в реальных условиях эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в известном способе компенсации взаимного влияния вибраторов кольцевой антенной решетки основанном на амплитудно-фазовой коррекции принятых сигналов с использованием предварительно определенных коэффициентов взаимного влияния вибраторов, согласно изобретению, коэффициенты взаимного влияния вибраторов предварительно определяют путем приема с помощью кольцевой антенной решетки сигнала реперного передатчика, установленного в дальней зоне, измерения комплексных напряжений принятых сигналов и по результатам измерений оценивания, и сохраняют их, дополнительно обратную матрицу коэффициентов взаимного влияния умножают на вектор электродвижущих сил, подводимых к вибраторам, в режиме приема сопротивление нагрузки вибраторов устанавливают равным внутреннему сопротивлению источников электродвижущих сил режима передачи.
Сущность изобретения состоит в том, что коэффициенты взаимного влияния вибраторов предварительно определяют путем приема с помощью кольцевой антенной решетки сигнала реперного передатчика, установленного в дальней зоне, измерения комплексных напряжений принятых сигналов и по результатам измерений оценивания, и сохраняют их, дополнительно обратную матрицу коэффициентов взаимного влияния умножают на вектор электродвижущих сил, подводимых к вибраторам, в режиме приема сопротивление нагрузки вибраторов устанавливают равным внутреннему сопротивлению источников электродвижущих сил режима передачи.
В известном способе коэффициенты взаимного влияния рассчитывают теоретически, например методом наведенных ЭДС. Ряд факторов при этом не учитывается или трудно учитываемы, например параметры земной поверхности в месте расположения решетки, элементы ее крепления, зазоры между плечами вибраторов, изменяющиеся при свертывании-развертывании антенных систем в мобильных радиотехнических комплексах. Следовательно, расчетные коэффициенты, записанные в базу данных для компенсации искажений принятых антенной решеткой сигналов применительно к установленной позиции, будут не точными. Поэтому в изобретении предлагается для определения коэффициентов взаимного влияния использовать характеристики реальных сигналов реперного передатчика принимаемых антенной решеткой в конкретной условиях и дополнительно выполнить компенсацию в режиме передачи путем умножения обратной матрицы коэффициентов взаимного влияния на вектор электродвижущих сил, подводимых к вибраторам. Дополнительное вмешательство в антенную систему при этом отсутствует, что исключает изменение ее характеристик и сопутствующие погрешности. При этом можно использовать одни и те же коэффициенты взаимного влияния, как в режиме приема, так и в режиме передачи, при выполнении условия равенства сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению источников электродвижущих сил, когда эти коэффициенты не изменяются.
Определение коэффициентов взаимного влияния может быть выполнено периодически или при существенном изменении окружающей обстановки, в частности при развертывании на новой позиции.
Этим достигается указанный технический результат.
Способ может быть реализован с помощью устройства, схема которого приведена на фигуре, где обозначено: 1 - измеритель напряжений, 2 - блок оценки коэффициентов взаимного влияния, 3 - запоминающее устройство, 4.1, 4.2 - первый и второй матричный умножитель, 5 - реперный передатчик.
Устройство состоит из реперного передатчика 5, последовательно соединенных измерителя напряжения 1, вход которого является первым входом устройства и подключен ко второму входу первого матричного умножителя 4.1, блок оценки коэффициентов взаимного влияния 2, запоминающее устройство 3 и, через первый вход, первый матричный умножитель 4.1, первый вход которого объединен с соответствующим входом второго матричного умножителя 4.2, второй вход которого является вторым входом устройства, а выходы матричных умножителей 4.1 и 4.2 - первым и вторым выходом устройства.
Назначение блоков, входящих в состав устройства ясны из названия, они могут быть выполнены с использованием известных промышленных решений.
Реперный передатчик 5 предназначен для излучения узкополосного сигнала на рабочей частоте на подготовительном этапе определения коэффициентов взаимного влияния вибраторов радиотехнического средства, для которого требуется компенсация. Для этого реперный передатчик устанавливают в известном направлении на него в дальней зоне, когда расстояние много больше длины волны.
Измеритель напряжений 1 многоканальный по числу вибраторов в решетке, предназначен для измерения комплексных напряжений принятых вибраторами сигналов. Блок оценки коэффициентов взаимного влияния 2 обеспечивает выполнение расчетных операций. В запоминающем устройстве 3 запоминается обратная матрица коэффициентов взаимного влияния.
При определении коэффициентов взаимного влияния теоретическими методами, как в способе-прототипе, блоки 1, 2 избыточны, информация заносится непосредственно в запоминающее устройство 3.
В радиотехническом средстве, где требуется компенсация, устройство подключают следующим образом. Вход 1 (он же вход 1 измерителя напряжения 1) и выход 1 (выход матричного умножителя 4.1) в разрыв соединений непосредственно до или после весовой обработки приемной части радиотехнического средства, вход 2 (вход 2 матричного умножителя 4.2) и выход 2 (его выход) -аналогично, но в разрыв соединений передающей части. Компенсация может выполняться на промежуточной частоте, в том числе в цифровом виде при выполнении в радиотехническом средстве аналого-цифрового преобразования [Баланис К.А., Иоанидес П.И. Введение в смарт-антенны. М: Техносфера, 2012, с. 63-67].
Устройство работает следующим образом.
На подготовительном этапе определяют коэффициенты взаимного влияния вибраторов.
При этом реперным передатчиком 5 с известным направлением на него θ0 излучают радиосигнал на рабочей частоте из дальней зоны, принимают этот радиосигнал с помощью вибраторов кольцевой антенной решетка радиотехнического средства и подают на вход 1 устройства, он же вход измерителя напряжений 1, где измеряют комплексные напряжения на выходе вибраторов решетки. По результатам этих измерений оценивают коэффициенты взаимного влияния вибраторов в блоке 2 оценки коэффициентов взаимного влияния и сохраняют их в запоминающем устройстве 3.
Измеренные значения напряжений равны
где А - неизвестная комплексная амплитуда радиосигнала реперного передатчика приведенная к центру антенной решетки, η - матрица коэффициентов взаимного влияния, D - вектор комплексных диаграмм направленности уединенных вибраторов в направлении реперного передатчика.
В силу умножения η⋅D измеренные значения искажаются, не равны истинным в отсутствии взаимного влияния значениям А⋅D.
Элементы вектора D есть значения комплексных диаграмм направленности уединенных вибраторов в направлении реперного передатчика
где - номер вибратора при общем количестве N, - параметр разноса антенн, R - радиус решетки, квант углового положения антенн, - пеленг на реперный передатчик, - волновое число, - длина волны, с - скорость света, F - рабочая частота.
В матрицу включают коэффициенты взаимного влияния вибраторов с учетом их равноудаленности. Число различающихся расстояний между вибраторами и коэффициентов взаимного влияния равно Р=0,5 ⋅ (N - 1). Для N=5 параметр Р=2 и матрица имеет вид
где - коэффициент взаимного влияния между вибраторами 0 и р,
Формула (1) с учетом соотношений (2), (3) при N=5 может быть представлена в физически более наглядном виде
Дополнительно введенные в (4) величины есть следующие векторы
В первый из этих векторов включены сочетания других антенн, отстоящих от антенны n = 0, …, N - 1 на расстояние между нулевым и первым вибратором, во второй - на расстояние между нулевым и вторым вибратором.
В соответствии с моделью сигналов (4) взаимное влияние вызывает изменение исходных диаграмм направленности уединенных вибраторов. В принимаемый уединенной антенной сигнал добавляются сигналы, принятые другими антеннами. Это приводит к искажениям.
В блоке 2 оценки коэффициентов взаимного влияния решается система линейных уравнений (4) относительно вектора неизвестных параметров
где - матрица диаграмм направленности антенн при взаимном влиянии, первый столбец в этой матрице - исходный вектор для уединенных вибраторов, второй и третий столбцы - надбавки, вызванные взаимным влиянием при удалении на одинаковое расстояние, - операция псевдообращения матрицы. Завершают оценивание коэффициентов взаимного влияния по формулам
Полученные коэффициенты (7) с представлением в виде матрицы обратной матрице (3) записывают в запоминающее устройство 3.
В процессе последующего функционирования полученные коэффициенты постоянно применяют для компенсации взаимного влияния вибраторов кольцевой антенной решетки, выполняя следующие операции.
В режиме приема, принятый антенной решеткой радиотехнического средства сигнал (например, отраженный от цели) подают на второй вход первого матричного умножителя 4.1, а на первый его вход результаты записи коэффициентов взаимного влияния из запоминающего устройства 3. Как и в способе-прототипе, обратную матрицу коэффициентов взаимного влияния из запоминающего устройства 3 умножают в первом матричном умножителе 4.1 на вектор принятых от источника радиоизлучения сигналов. Умножение дает . В результате на выходе умножителя 4.1 осуществляется компенсация взаимного влияния вибраторов с получением вектора ЭДС наводимых в уединенных вибраторах. Выходной сигнал матричного умножителя 4.1 далее используется в радиотехническом средстве обычным порядком, как и при отсутствии взаимного влияния вибраторов кольцевой антенной решетки.
В режиме передачи исходные ЭДС, формируемые в радиотехническом средстве без учета взаимного влияния вибраторов, поступают на вход 2 матричного умножителя 4.2. Если подавать эти ЭДС непосредственно на вибраторы, то напряжения и токи, наводимые в антеннах радиотехнического средства, определяются как результат умножения матрицы коэффициентов взаимного влияния на матрицу ЭДС возбуждающих генераторов , и отличаются от ЭДС задаваемыми генераторами в силу взаимного влияния вибраторов. В матричном умножителе 4.2 обратную матрицу коэффициентов взаимного влияния подаваемую из запоминающего устройства 3 на вход 1 умножают в матричном умножителе 4.2 на вектор электродвижущих сил, подводимых к вибраторам, вводя тем самым пред искажения. С выхода матричного умножителя 4.2 предискаженые сигналы подают на вибраторы антенной решетки радиотехнического средства.
В процессе излучения электромагнитных волн возникающее взаимное влияние вибраторов накладывается на предискажения . В результате происходит компенсация взаимного влияния вибраторов в режиме передачи и как следствие повышается точность компенсации.
Для доказательства заявленного технического результата и количественной оценки эффективности компенсации взаимного влияния вибраторов решетки выполнено электродинамическое моделирование.
Исследовалась антенная решетка из 5 полуволновых вибраторов. Радиус решетки 0,9 длины волны излучения, рабочая частота 1 ГГц, диаметр вибратора 10 мм, зазор между плечами вибратора 4 мм, материал вибраторов - идеальный проводник. Внутреннее сопротивление генераторов ЭДС в режиме передачи и нагрузки в режиме приема равно 50 Ом.
Задача радиотехнического средства в режиме приема - обеспечить прием сигнала объекта с направления по пеленгу +150 град при подавлении сигнала стороннего источника с направления -150 град. В режиме передачи аналогично, но с излучением в направлении объекта и нулем излучения на сторонний источник.
В режиме приема измерялось амплитудно-фазовое распределение излучения объекта и стороннего источника (напряжения на выходах вибраторов) с последующей оценкой амплитуды принятых сигналов, приведенной к центру антенной решетки. Измерение коэффициентов взаимного влияния выполнялось по излучению реперного передатчика, располагаемого в направлении объекта.
В режиме передачи измерялась амплитудная диаграмма парциального канала передачи с регистрацией значений диаграмм направленности в направлении объекта и стороннего источника.
Весовые коэффициенты передачи и приема для формирования парциальных диаграмм направленности и измерения амплитуды определялись по методике, приведенной в [Способ радиосвязи с пространственным разделением каналов. Патент RU 2717551, C1, Н04В 1/40, опубл. 24.03.2020].
Поскольку истинные значения коэффициентов взаимного влияния неизвестны, точности их определения и компенсации оценивались косвенно. В качестве показателя эффективности принят коэффициент подавления, как отношение амплитуды сигнала и амплитуды помехи, принятых с соответствующих направлений или излученных в соответствующих направлениях.
Задействован аналитически наиболее простой известный вариант теоретического расчета нормированных взаимных сопротивлений полуволновых вибраторов [Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М, «Энергия», 1975, с. 111-114, 185] методом наведенных ЭДС:
где - расстояние между различными вибраторами, - волновое число, - длина волны излучения, - мнимая единица, ZH = 50 Ом - внутреннее сопротивление генераторов (нагрузки), .
Переход к коэффициентам взаимного влияния выполнялся по формуле
С учетом взаимосвязи (9) коэффициентов взаимного влияния и нормированных взаимных сопротивлений способ-прототип и способ аналог являются по сути эквивалентными. Одновременно из формул (9), (8) следует зависимость коэффициентов взаимного влияния от сопротивлений внутреннего и нагрузки и необходимость обеспечения равенства этих сопротивлений для применения в режимах приема и передачи одних и тех же значений коэффициентов взаимного влияния.
По результатам моделирования получены следующие значения коэффициентов подавления в режиме приема 10,4/22,6/518,9 и передачи 11,0/21,1/183,4. Через дробь последовательно - при отсутствии компенсации, при компенсации с расчетом по формулам (8), (9) для способа-прототипа и при компенсации при определении коэффициентов взаимного влияния предлагаемым способом.
Согласно приведенным результатам, заявленный способ компенсации взаимного влияния вибраторов кольцевой антенной решетки обеспечивает повышение точности компенсации, выражающееся в увеличении коэффициента подавления в режиме передачи в 17 раз относительно варианта отсутствия компенсации и в режиме приема примерно в 23 раза.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПЕЛЕНГОВАНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОСИГНАЛА | 2003 |
|
RU2263926C2 |
УСТРОЙСТВО РАЗВЯЗКИ | 2000 |
|
RU2160486C1 |
СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ ПРИ ПРИЕМЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ БИОРТОГОНАЛЬНОЙ АНТЕННОЙ СИСТЕМОЙ | 2008 |
|
RU2368041C1 |
Адаптивная антенная решетка для бистатической радиолокационной системы | 2020 |
|
RU2731875C1 |
АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА | 2000 |
|
RU2207680C2 |
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ | 2002 |
|
RU2236021C1 |
АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА | 1995 |
|
RU2099838C1 |
СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ ПРИ ПРИЕМЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ БИОРТОГОНАЛЬНОЙ АНТЕННОЙ СИСТЕМОЙ | 2004 |
|
RU2280929C1 |
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЕСОВОГО КОЭФФИЦИЕНТА В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКИ | 2022 |
|
RU2807614C1 |
Способ определения координат радиолокационных станций контрбатарейной борьбы и устройство для его реализации | 2023 |
|
RU2826616C1 |
Использование: изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема и излучения радиоволн в радиотехнических системах связи, локации, пеленгации. Сущность: способ компенсации взаимного влияния вибраторов кольцевой антенной решетки основан на амплитудно-фазовой коррекции принятых сигналов с использованием предварительно определенных коэффициентов взаимного влияния вибраторов. Коэффициенты взаимного влияния вибраторов предварительно определяют путем приема с помощью кольцевой антенной решетки сигнала реперного передатчика, установленного в дальней зоне, измерения комплексных напряжений принятых сигналов и по результатам измерений оценивания, и сохраняют их, дополнительно обратную матрицу коэффициентов взаимного влияния умножают на вектор электродвижущих сил, подводимых к вибраторам, в режиме приема сопротивление нагрузки вибраторов устанавливают равным внутреннему сопротивлению источников электродвижущих сил режима передачи. Технический результат: повышение точности компенсации за счет устранения искажений токов в антеннах в режиме передачи и определения коэффициентов взаимного влияния по сигналам, принимаемым антенной решеткой в реальных условиях эксплуатации. 1 ил.
Способ компенсации взаимного влияния вибраторов кольцевой антенной решетки, основанный на амплитудно-фазовой коррекции принятых сигналов с использованием предварительно определенных коэффициентов взаимного влияния вибраторов, отличающийся тем, что коэффициенты взаимного влияния вибраторов предварительно определяют путем приема с помощью кольцевой антенной решетки сигнала реперного передатчика, установленного в дальней зоне, измерения комплексных напряжений принятых сигналов и по результатам измерений оценивания, и сохраняют их, дополнительно обратную матрицу коэффициентов взаимного влияния умножают на вектор электродвижущих сил, подводимых к вибраторам, в режиме приема сопротивление нагрузки вибраторов устанавливают равным внутреннему сопротивлению источников электродвижущих сил режима передачи.
Ю.В | |||
Белозерцев и др | |||
Метод ослабления взаимного влияния элементов сканирующей кольцевой антенной решетки диапазона ВЧ, Вестник Воронежского института МВД России, номер 4, 2018, стр | |||
Транспортер для перевозки товарных вагонов по трамвайным путям | 1919 |
|
SU102A1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗАИМНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СВЯЗАННЫХ АНТЕНН | 1991 |
|
RU2030752C1 |
Ильинов Евгений Владимирович и др | |||
Комплексирование измерений пеленгов и амплитуды сигналов при определении координат источника |
Авторы
Даты
2024-01-17—Публикация
2023-05-22—Подача