CC BY
48
60
К.В. Власова, М.А. Никитин, А.В. Антонов
УДК 621.391, 621.396, 621.369
К.В. Власова, М.А. Никитин, А.В. Антонов
РАЗВИТИЕ УСТОЙЧИВОГО МЕТОДА ПЕЛЕНГАЦИИ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛУЧЕВОСТИ
Представлен устойчивый алгоритм определения пеленга в условиях двухлучевости при использовании круговой антенной решетки в частотном диапазоне 2 — 30 МГц.
In work the steady algorithm of a bearing in conditions doublerays is represented at use by a circular antenna of a lattice in frequency 2-30 MHz.
Цель работы, постановка задачи
Целью работы является создание устойчивого метода оценки азимута и угла места ионосферного сигнала в условиях многолучевости. Ионосферные сигналы принимаются на 16-элементную антенную систему, вертикальные вибраторы которой расположены равномерно по окружности диаметром 130 м на поверхности Земли в частотном диапазоне 2— 30 МГц. В условиях двухлучевости угловой спектральный анализ дает ограничение [1, с. 584; 2, с. 319; 3, с. 1612 — 1619]. В области разности фаз между лучами ~180° часто отмечаются выбросы азимутов. В этом случае за счет интерференции основной лепесток диаграммы направленности сильно подавляется и становится меньше боковых лепестков, угловое положение которых и определяет азимут. Для расширения частотного диапазона предлагается алгоритмически уменьшить базу антенной системы, а следовательно, и ширину диаграммы направленности.
Основные теоретические положения
Пусть в точку приема приходит плоская волна. Запишем выборку данных в виде
En = Ûemn + Ûmn. (1)
Составим функционал на основе формулы (1), тогда
Д = £\En _ и e-iKRn\ . (2)
n=1
Применяя метод наименьших квадратов и преобразовывая соотношения, получим
Д = j _ En COS (KRn +Wn ) Jn sin (KRn +Wn ) (3)
En
n
Выражение (3) является основой для разработки программы по методу Фурье. Используется база И = 65 м. Рассмотрим алгоритм, в кото-
2
2
2
Вестник РГУ им. И. Канта. 2006. Вып. 4. Физико-математические науки. С. 60 — 62.
Развитие устойчивого метода пеленгации в условиях многолучевости
ром база антенной системы становится меньше. Совместно с уравнением (1) запишем
Е„+1 = БпеШ^ + йш . (4)
Составляя функционал и преобразуя выражение, получим
д = 1 _ 2Е„+1Е„ сте (уп - у/п+1) - КАЯп
Е + Е
^п+1^ п
Выражение (5) определяет расчетную формулу для нахождения решения. В этом выражении минимальной базой является расстояние между вибраторами АК . Заменяя у/п+1 на у/п+8, получим максимальную базу антенной системы.
Результаты модельных исследований
61
На рисунке 1 показаны три азимутальные диаграммы направленности на частоте Б = 10 МГц при уровне шума 0,5. Первая (отмечена точками) рассчитана с минимальной базой (расстояние между вибраторами); вторая (отмечена маркерами) рассчитана по методу преобразования Фурье; третья (отмечена сплошной линией) рассчитана на основании (5) при максимальной базе (2И). Различия в ширине главного лепестка очевидны.
По оценкам данного рисунка, полуширина диаграммы направленности равна: 5°, 10°, 26,5°. В соответствии с соотношением неопределенности реальные радиусы антенных систем, соответствующие этим угловым размерам диаграммы направленности, будут: И = 114; 57; 21,5 м.
Углы места, град.
Рис. 1. Диаграммы направленности.
Б = 10 МГц, Йш = 0,5, один луч с углом места 30°
Рассмотрим влияние двухлучевости на диаграммы направленности. На рисунке 2 показана диаграмма направленности в горизонтальной плоскости метода ЛК (сплошная линия) и метода Фурье (пунктир) при приеме двух лучей. Угол места установлен в 20°, разность фаз равна 170°.
62
К.В. Власова, М.А. Никитин, А.В. Антонов
Это жесткие условия при обработке данных однолучевым алгоритмом. Из рисунка ясно, что новый метод обеспечивает правильность определения азимута. Боковые лепестки ниже основного. Метод Фурье дает максимум в области 170°. В области 78° отмечается интерференция, в результате которой происходит подавление главного лепестка до уровня 0,3. Азимут, определенный: в этих условиях методом Фурье, будет неверен.
1,00
0,80
Л
£
н
К
К
0,60
0,40
0,20
0,00
50 100 150 200 250
Азимуты в градусах
300
350
400
0
Рис. 2. Диаграммы направленности.
Б = 10 МГц, азимуты лучей 78 и 73°, разность фаз 170°
Заключение
Рассмотренный алгоритм обработки ионосферных сигналов в условиях двухлучевости обеспечивает устойчивый пеленг в частотном диапазоне 2 — 30 мГц. Это позволяет использовать полученный пеленг при решении двухлучевой задачи с разделением отдельных лучей. При этом область поиска решения может быть существенно сокращена и временные затраты при расчете уменьшены от десятков секунд до одной секунды.
Список литературы
1. Марпл С.Л. (мл.). Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990.
2. Тихонов В. И. Оптимальный прием сигналов. М,: Радиосвязь, 1983.
3. Пахотин В.А., Иванова С.В., Марченко И.В., Бессонов В.А. Обработка данных при приеме ионосферных сигналов / / Сб. докл. VI Международной науч.-техн. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж: Воронежский НИИ связи, 2000. Т. 3. С. 1612—1619.
Об авторах
М. А. Никитин — д-р физ.-мат. наук, проф., РГУ им. И. Канта,
К.В. Власова — асп., РГУ им. И. Канта, [email protected].
А.В. Антонов — асп., РГУ им. И. Канта.
