CC BY
1
УДК 621.396.967
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПЕЛЕНГОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИБРИДНО-ЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН
Е. В. Сомов1, Д. О. Малышев2
1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
1E-mail: somov56@bk.ru,
В данной статье рассмотрено однопозиционное определение местоположения источников радиоизлучений при использовании гибридных зеркальных антенн, которое можно технически реализовать только при использовании многолучевых антенн.
Ключевые слова: источник радиоизлучений, космический аппарат,радиопеленгация, многолучевые антенны, гибридные зеркальные антенны.
ANALYSIS OF METHODS OF DIRECTION FINDING OF RADIO EMISSION SOURCES
USING HYBRID-DIRECT ANTENNAS
E.V. Somov1, D. O. Malyshev2
'Siberian Federal University 79,Svobodnyrabochiiprospekt, Krasnoyarsk,660041, Russian Federation 2ReshetnevSiberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
1 E-mail: somov56@bk.ru
This article considers a single-position determination of the location of sources of radio emissions when using hybrid reflector antennas, which can only be technically implemented when using multi-beam antennas.
Keywords: radio emission source, spacecraft, radio direction finding, multibeam antennas, hybrid reflector antennas.
Методы пассивного определения координат и параметров движения источников радиоизлучений (ИРИ) достаточно полно изложены в книге Кондратьева В. С. «Многопозиционные радиотехнические системы» [1]. Для решения задачи определения координат ИРИ и параметров их движения могут быть использованы следующие методы:
1. Угломерные методы, основанные на измерениях текущих угловых координат в одной или нескольких точках с известными координатами.
2. Разностно-дальномерные методы, основанные на измерении разностей расстояний от нескольких приемных пунктов до ИРИ.
3. Угломерно-разностно-дальномерные методы, в которых определение местоположения ИРИ реализуется с использованием как угломерной, так и разностно-дальномерной информации.
4. Разностно-доплеровские методы, основанные на измерении в нескольких пунктах приема разностей доплеровских частотных сдвигов, обусловленных различными значениями радиальных составляющих скоростей взаимного движения пунктов приема и ИРИ.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
Анализ перечисленных методов показал, что применительно к космическим системам определения координат ИРИ возможность их использования зависит от орбиты космических аппаратов (КА). В частности, при работе КА на высокоэллиптической орбите (ВЭО) интервалы времени, в пределах которых возможен прием сигналов от ИРИ существенно зависит от широты ф0 и долготы Х0 ИРИ, что приводит к ряду ограничений применимости указанных методов [2].
Рассмотрено однопозиционное определение местоположения ИРИ при использовании ГЗА, которое можно технически реализовать только при использовании многолучевых антенн (МЛА) Ан1 (7 лучей диапазона 0,225 - 1,700 ГГц) или антенны Ан2 (19 лучей диапазона 0,960 - 3,700 ГГц) [3].
Определение пеленга на ИРИ осуществляется в геоцентрической абсолютной системе координат, а не в системе координат КА, это обусловлено тем, что при пеленговании ИРИ предусматривается комплексная корректировка пеленга по множеству реперных ИРИ. Корректировка пеленга, заданного в трехмерных координатах космического аппарата, не может обеспечить требуемую точность пеленгования из-за дестабилизации угловых положений КА [4].
Расчеты показывают, что с учетом требуемой точности однопозиционного место
определения, ошибка пеленга А = + / в подспутниковой точке не должна превышать
для КА на геостационарной орбите (ГСО) (высота орбиты 36000км) - 0,16°, для КА на ВЭО (высота орбиты 42000км) - 0,14°. Ошибка в точности местоположения КА составляет порядка 100 м и заметного влияния на точность пеленгования ИРИ не оказывает.
Допустимая погрешность Д° в определении пеленга Р с борта КА, обеспечивающая точность местоопределения ИРИ 100 км в подспутниковой точке, определяется по формуле:
где Яз = 6370 км - радиус Земли, Б = 100 км - допустимая линейная погрешность на поверхности Земли в определении координат, Н = 36000 км (ГСО) или Н = 42000 км (ВЭО).
В моноимпульсном пеленгаторе используются зависимости, возникающие в результате приема радиоволны одновременно несколькими излучателями, имеющими неодинаковые амплитудные и фазовые диаграммы направленности. Излучатели Ан1 (7 излучателей) и Ан2 (19 излучателей) установлены по гексагональной схеме в околофокусном пространстве офсетных параболических зеркал с фокусным расстоянием 8,4 м. Излучатели принимают радиосигнал, отраженный от параболической поверхности антенны. В результате сложения в месте расположения излучателя несинфазных радиоволн с длиной волны X, отраженных от зеркала, в излучателе индуцируется суммарный радиосигнал с амплитудой А и фазой ф, зависящими от направления фронта пришедшей к зеркалу радиоволны и её длины.
Для расчета зависимостей А(а,Р) и Дф(а,Р) разработана модель пеленгационных характеристик реальной МЛА в среде МаШсаё. Анализ амплитудных диаграмм направленности (ДН) двух излучателей (Г = 300МГц) в телесном угле ±6°х±6°, вынесенных из фокуса показал, что амплитудная ДН в телесном угле от фокуса эквивалентно смещается в сторону противоположную от места установки излучателя.
Получены пеленгационные характеристики, основанные на отношении мощностей принимаемых сигналов - Р^/Р^, а также на разности фаз принимаемых сигналов фг-ф]в
смежных лучах/ и] МЛА в телесном угле ±6°±6° для заданной частоты (рис.1, 2).
(
А = аг^
V
Рис. 1. Пеленгационная характеристика Р^Р} между излучателями (Г = 300 МГц)
Полученные результаты показывают, что для измеренного значения Р//р',Дфу = ф1-ф) местонахождение ИРИ соответствует некоторой линии-контуру (множеству точек пеленга а, в) в телесном угле совместных ДН излучателей. Для устранения неопределенности определения пеленга ИРИ необходимо измерение соотношения мощностей и разности фаз между другими парами излучателей антенно-фидерной системы (АФС). В результате получают точки пересечения линий контуров, соответствующих Р//Р/, Дфу = ф1-ф] и местонахождению ИРИ. Пеленг на ИРИ будет соответствовать общей точке пересечения всех найденных контуров.
Рис. 2. Пеленгаторная характеристика Дфу=ф1-ф_), принимаемых сигналов для заданной длины волны - (в радианах): а) - в смежных лучах { и) МЛА (Г = 300МГц); б) - положение излучателей
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Тома 1
Проведен сравнительный анализ точности измерения фазы пеленгаторами, реализованными на основе использования фазированной антенной решетки и ГЗА. Анализ результатов, полученных на основе использования ФАР показывает, что в интервале изменения пеленга ±6° фаза изменяется в интервале ±25°. Это означает, что фаза пришедшей к АР волны изменяется быстрее пеленга. Для того чтобы отличить пеленг один от другого с точностью 0.14° - 0,15° необходимо измерить фазу с точностью0,583° - 0,667°. Практическое решение для ГЗА получено методом численного интегрирования.Поверхность рефлектора разбивалась на элементарные участки и отраженные от них волны в местонахождении излучателя суммировались по амплитуде и фазе. Получено, что изменение фаз между излучателями составляет 0,11 - 1,8 рад (6° - 103°), т.е изменение фазы составляет 97°. Для того чтобы различить пеленг один от другого с точностью 0.14° - 0,15° необходимо измерить фазу с пропорциональной точностью 1,12° - 1,28°.
Таким образом, ГЗА с параболическим отражателем 012м с заданным профилем и расположением излучателей по сравнению с ФАР увеличивает ошибки измерения фазы почти в два раза.
Известно, что точность измерения фазы гармонической составляющей сигнала ИРИ зависит от отношения (Б) сигнал/шум в полосе сигнала, длительности измерения ДТ и для дискретного преобразования Фурье (ДПФ) от точности совпадения дискретных составляющих дискретного спектра сигнала с фактическими гармониками исходного сигнала [5]. Проведенный анализ показал, что измерительная система пеленгаторной характеристики Дф,основанная на цифровом ДПФ, обеспечиваетт требуемую точность измерения необходимую для достижения точности пеленгования ИРИ.
Результаты исследований, приведенные в статье, позволяют сделать вывод, что ГЗА с параболическим отражателем диметром 12 метров по сравнению с ФАР обеспечивает увеличение ошибки измерения разности фаз для достижения требуемой точности пеленгования почти в 2 раза. Однако, при использовании измерительнойсистемы, основанной на цифровом ДПФ, можно получитьтребуемую точность пеленгования ИРИ.
Библиографические ссылки
1. Кондратьев В.С., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы. - М.: Радио и связь, 1986.
2. Могучев В. И. Доплеровская пеленгация земных станций через геостационарный спутник связи. Электросвязь, №1, 2003.
3. Измерение параметров крупногабаритных бортовых антенн спутниковых систем связи :моногр. / В.И. Лавров, В.Г. Сомов, П.Я. Сивирин ;Сиб.гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2010. - 152с.
4. Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы. - Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2002. - 251 с.
5. Караваев В.В., Сазонов В.В. Основы теории синтезированных антенн. М., Сов. Радио, 1974, 168 с.
© Сомов Е. В., Малышев Д. О., 2022
