Оценка эффективности многолучевой гибридно-зеркальной антенны Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

характеристиками при меньшей (в разы) скорости проведения измерений и повышенными требованиями к условиям функционирования. ПАНС является средством измерения параметров навигационных сигналов наивысшей точности, калибровка и поверка которого должна осуществляться с использованием государственных эталонов частоты и времени [4].

Таким образом, обеспечение калибровки бортовых и наземных навигационных и измерительных систем космического комплекса системы ГЛОНАСС требует использования комплекса средств измерений, в состав которого должны входить прецизионный анализатор, прецизионный имитатор и прецизионный приёмник навигационных сигналов.

Созданные на настоящий момент средства измерений [5] не обеспечивают формирование и обработку перспективных сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением, поэтому проведение разработки комплекса прецизионной калибровки навигационных и измерительных средств космического комплекса системы ГЛОНАСС является актуальной задачей, решение которой в настоящее время производится в АО «ИСС».

Библиографические ссылки

1. Агапов А. Обывательский взгляд на ГЛОНАСС // Межотраслевой журнал навигационных технологий «Вестник ГЛОНАСС». 2015. № 2 (24). С. 6-9.

2. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. 4-е изд., перераб. и доп. М. : ИПРЖР, 2010. - 800 с.

3. ФЕИТ.461351.002РЭ. Изделие 14Ц161. Беззапросная измерительная система. Руководство по эксплуатации. Железногорск, 2007.

4. ГОСТ 8.750-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для координатно-временных средств измерений. М. : Стандартинформ, 2013.

5. Алёшечкин А. М., Ермолаев М. В., Мараре-скул Д. И. Метрологическое обеспечение спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС // 67-я научно-техническая конференция, посвящённая Дню Радио. Труды конференции СПб. : СПбНТОРЭС, 2012.

References

1. Agapov A. Obyvatel'skij vzglyad na GLONASS // Mezhotraslevoj zhurnal navigatsionnyh tehnologij «Vestnik GLONASS», 2015, №2 (24). p. 6-9.

2. Global'naya sputnikovaya navigatsionnaya sistema GLONASS / Pod red. A.I. Perova, V.N. Harisova. Izd. 4e, pererab. i dop. M.: IPRZHR, 2010. -800 s.

3. FEIT.461351.002RE. Izdelie 14C161. Bezzaprosnaya izmeritel'naya sistema. Rukovodstvo po ekspluatatsii. Zheleznogorsk, 2007.

4. GOST 8.750-2011. Gosudarstvennaya sistema obespecheniya edinstva izmerenij. Gosudarstvennaya poverochnaya shema dlya koordinatno-vremennyh sredstv izmerenij. - M.: Standartinform, 2013.

5. Alyoshechkin A. M., Ermolaev M. V., Marareskul D. I.. Metrologicheskoe obespechenie sputnikovoj radionavigacionnoj sistemy GLONASS. // 67-ya nauchno-tehnicheskaya konferentsiya, posvyashchyonnaya Dnyu Radio. Trudy konferentsii. SPb.: SPbNTORES, 2012.

© Ермолаев М. В., Марарескул Д. И., Ислентьев Е. В.

УДК 621.396.946

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОЛУЧЕВОЙ ГИБРИДНО-ЗЕРКАЛЬНОЙ

АНТЕННЫ*

И. Н. Карцан1, Т. И. Карцан1, В. Н. Тяпкин2

!Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. Красноярский рабочий, 31 2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: kartsan2003@mail.ru

Предложен метод вычисления места точной фокусировки излучающего элемента на поверхности рефлектора, позволяющий создать контурную зону обслуживания.

Ключевые слова: диаграмма направленности, антенная решетка, амплитудно-фазовое распределение, гибридная зеркальная антенна.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение от 28.10.2014 г. № 14.577.21.0155, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57714X0155).

<Тешетневс^ие чтения. 2016

ASSESSING EFFICIENCY OF THE MULTIBEAM HYBRID AND MIRROR ANTENNA*

I. N. Kartsan1, T. I. Kartsan1, V. N. Tyapkin 2

^eshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Siberian federal university 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: kartsan2003@mail.ru

The paper proposes a method of calculating the exact focus of the radiating element to the reflector surface, contour allows to create a service area.

Keywords: radiation pattern, the antenna array, the amplitude phase distribution, hybrid reflector antenna.

Радиоприемная аппаратура спутниковой связи, как и другая радиоаппаратура, подвержена воздействию радиопомех естественного и искусственного происхождения. Поэтому уже в конце 1940-х годов в разных странах, в основном в СССР и США, начались углубленные исследования проблем защиты радиотехнических средств (РТС) от помех, не прекращающиеся и сейчас. В классических работах Ф. М. Вуд-ворда, Д. Миддлтона, К. Хелстрома, В. А. Котельни-кова, В. И. Бунимовича, Л. А. Вайнштейна, В. Д. Зуба-кова, Г. П. Тартаковского, Л. С. Гуткина, Я. Д. Шир-мана, С. Е. Фальковича, Ю. Г. Сосулина и многих других заложены теоретические основы и разработаны методы оптимальной обработки полезных сигналов на фоне помех различной природы. При всем многообразии этих методов все они базируются на использовании отличий (амплитудных, временных, частотных, угловых, поляризационных и т. д.) полезных и мешающих сигналов. Суть использования этих различий заключается в формировании минимумов (провалов) в угловых, поляризационных, частотных и т. п. характеристиках приемника в соответствующих направлениях на источники помех и максимумов в направлении на полезный сигнал. За счет этого компенсируется (подавляется) помеха и накапливается полезный сигнал с направления, отличного от поме-хового. Эти операции реализуются в системах угловой, поляризационной, частотной и т. п. селекции, различные виды которых широко представлены в литературе и реализованы на практике. Итоговый эффект такой обработки определяется уровнем и полнотой использования имеющихся различий, а также качеством учета каждого из них, зависящим от степени известности статистических характеристик сигналов и помех. Для реальных условий неполного знания и изменчивости этих характеристик во времени и пространстве в последние несколько десятилетий специалистами разных стран разработано множество методов и устройств адаптации к сигнально-помеховой обстановке, в той или иной мере преодолевающих трудности априорной неопределенности.

Однако накопленные к настоящему времени достижения теории в существующих средствах навигации и других радиотехнических средствах реализованы далеко не полностью. При достаточно большом разнообразии практически используемых систем защиты [1], большинство из них по структуре и (или) параметрам отличаются от теоретически оптимальных для соответствующих условий.

Развитие современной элементной базы позволяет применять новые методы адаптивной обработки с теоретически существенно более высокой эффективностью в сложной и динамичной помеховой обстановке, чем неадаптивные системы или классические корреляционные автокомпенсаторы, реализующие стохастические градиентные алгоритмы адаптации. Появилась реальная возможность создавать не только надежные, высокоточные, экономичные и малогабаритные цифровые эквиваленты существующих аналоговых систем защиты от помех, но и принципиально новые системы с теоретически существенно более высокой эффективностью.

Непрерывно возрастающие потребности абонентов к спектру и качеству услуг связи требуют постоянного наращивания ключевого параметра телекоммуникационных систем - скорости передачи информации. Решение этой проблемы уже становится невозможным только за счет использования частотного ресурса, поэтому ведущие производители систем спутниковой связи добиваются существенного расширения полосы пропускания канала связи за счет балансировки трафика в зависимости от нагрузки канала связи и формирования многолучевых диаграмм направленности.

Одним из основных элементов гибридно-зеркальной антенны (ГЗА), в значительной степени определяющем ее параметры, является групповой облучатель (ГО). В качестве ГО чаще всего используют малоэлементную антенную решетку рупоров или открытых концов волноводов. С целью получения максимально возможного уровня пересечения парциальных диаграмм направленности ГЗА элементы ГО необходимо размещать вплотную друг к другу. Это приводит к тому, что невозможно использовать традиционную схему питания волновода через его боковую стенку. Кроме того, усиливается связь между элементами решетки. Принцип построения облучающей решетки ГЗА по гексагональному типу и формирования многолучевой диаграммы направленности (ДН) по кластерному типу позволил решить указанную проблему и размещать рупоры облучателя на достаточном для их запитывания расстоянии друг от друга.

Кроме двумерных антенных облучающих решеток, рассматриваются и облучатели в виде линейной синфазной эквидистантной антенной решетки. Формирование адаптивной многолучевой ДН в ГЗА и управление ее угловым положением производится за счет

изменения амплитудно-фазового распределения (АФР) облучающей антенной решетки (АР) [2; 3]. В современной научной литературе рассматривается множество методов формирования АФР в зависимости от предъявляемых требований. Формирование узких лучей ДН может достигаться и за счет использования специальных форм отражателя. Многолучевая ДН формируется с использованием ГЗА с профилированным отражателем, который изготавливается путем введения деформации в параболическую отражательную поверхность. Таким образом, с использованием одного профилированного рефлектора и двух каналов создаются контурный луч с усилением 33,05 дБ и узкий луч с усилением 43,8 дБ. Подобный метод успешно применяется для создания покрытия зоны Андаманских островов контурным лучом и узким лучом с высоким коэффициентом усиления. Этот метод существенно снижает массогабаритные характеристики антенной системы, однако он применим только при малых зонах обслуживания.

Использование частотного ресурса с целью увеличения ширины полосы каналов передачи данных возможно при существенном увеличении рабочей частоты.

Наиболее перспективным способом для формирования многолучевых ДН в ГЗА в мировом научно-техническом сообществе считается кластерный способ [2; 3]. Такой способ позволяет формировать узкие лучи ДН в произвольном направлении в пределах зоны обслуживания, а также, управляя АФР в кластере, формировать провалы ДН в направлении на источник помех. При таком построении антенны на передний план выходит время адаптации, то есть время расчета АФР для конкретной помеховой обстановки. Для ускорения расчетов разработан метод расчета АФР с использованием предварительно вычисленных значений коэффициента усиления в определенных точках, что позволило добиться уменьшения времени адаптации к помеховой обстановке на 25 % относительно классических алгоритмов адаптации с учетом быстродействия современных фазовращателей. Подобный подход используют и за рубежом. Предлагается метод вычисления места точной фокусировки каждого излучающего элемента на поверхности рефлектора. Использование этого метода позволило

создать контурную зону обслуживания. Оптимизация амплитуды возбуждающих колебаний для каждого элемента производится таким образом, чтобы обеспечить флуктуации коэффициента усиления на границах зоны обслуживания менее 3 дБ.

Библиографические ссылки

1. Принципы построения системы адаптации к помеховой обстановке в узком парциальном одноградусном луче / Т. И. Карцан, Д. Д. Дмитриев, И. Н. Карцан, В. Н. Тяпкин // Решетневские чтения : материалы Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск,

2015. Т. 1, № 19. С. 230-232.

2. Spatial Filtering Algorithms in Adaptive Multi-Beam Hybrid Reflector Antennas / V. N. Tyapkin, I. N. Kartsan, D. D. Dmitriev, A. E. Goncharov // 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings.

3. Spatial suppression of interference in hybrid reflector antennas / I. N. Kartsan, P. V. Zelenkov, V. N. Tyapkin, D. D. Dmitriev, A. E. Goncharov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.

2016. Vol. 122. Р. 012010. D0I:10.1088/1757-899X/122/1/012010.

References

1. Principles of adapting the system to the noise conditions in the narrow partial one-degree beam / T. I. Kartsan, D. D. Dmitriev, I. N. Kartsan, V. N. Tyapkin // Reshetnev Readings : materials Intern. scientific-practical. conf. Krasnoyarsk. 2015. Vol. 1, № 19. P. 230-232.

2. Spatial Filtering Algorithms in Adaptive Multi-Beam Hybrid Reflector Antennas / V. N. Tyapkin, I. N. Kartsan, D. D. Dmitriev, A. E. Goncharov // 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings.

3. Spatial suppression of interference in hybrid reflector antennas / I. N. Kartsan, P. V. Zelenkov, V. N. Tyapkin, D. D. Dmitriev, A. E. Goncharov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 122. Р. 012010. D0I:10.1088/1757-899X/122/1/012010.

© Карцан И. Н., Карцан Т. И., Тяпкин В. Н., 2016

УДК 629.783

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ УСЛОВНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ

И. Н. Карцан

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. Красноярский рабочий, 31

E-mail: kartsan2003@mail.ru

Предложен подход проектирования и создания космических аппаратов с применением генетического алгоритма.

Ключевые слова: многокритериальность, бортовой комплекс управления, генетический алгоритм.