CC BY
175
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
атмосферы крупных индустриальных центров в условиях чрезвычайной ситуации - ли-дар дифференциального поглощения. Данная система является уникальной по величине динамического диапазона, а также по оперативности, точности и достоверности получаемой информации. Комплекс позволяет проводить оперативные измерения содержания наиболее опасных для здоровья человека газов-загрязнителей (Cl2, NH3 и др.), находясь вне зоны их действия.
Наличие в составе комплекса двух средств измерения - импульсного лидара и непрерывного гетеродинного лидара инфракрасного диапазона значительно расширяет полосу рабочих длин волн, что значительно расширяет возможности системы.
Наличие в составе комплекса инфракрасного гетеродинного лидара позволяет наряду с контролем состава аварийного выброса проводить в реальном времени измерения метеопараметров атмосферы, таких как скорости воздушных потоков на различных высотах, степень их турбулентности. Данные измерения позволяют не только контролировать чрезвычайную ситуацию, но и прогнозировать ее развитие.
Рассмотренный передвижной лидар-ный комплекс, прошедший метрологическую аттестацию, может применяться для поверочных испытаний волоконного оптического ли-дара для контроля утечек газовых выбросов в задачах мониторинга атмосферы.
Библиографический список
1. Бурков В.Д. Нанотехнологии и проблемы экологического мониторинга / В.Д. Бурков, В.Ф. Крапивин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2011.
- № 3 (79) - С. 62-68.
2. Бурков В.Д. Оптические методы контроля утечек газовых выбросов в задачах мониторинга атмосферы / В.Д. Бурков, Д.Г. Щукин // Вестник МГУЛ
- Лесной вестник, 2012. - № 6 (89). - С. 4-17.
3. Бурков В.Д. Испытательный стенд для исследования оптических и волоконно-оптических приборов и систем / В.Д. Бурков, Д.Г. Щукин и др. // Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2012. - № 3 (86). - С. 180-184.
4. Зуев, В.Е. Лазерное зондирование индустриального аэрозоля / В.Е. Зуев, И.В. Самохвалов, Б.В. Кауль и др. - Новосибирск: Наука, 1986.
5. Лазерный контроль атмосферы, под общ. Ред. Е.Д. Хинкли. - М. Мир, 1979.
6. Kormakov A.A., Kosovsky L.A., Kurochkin N.N. Coherent CO2 lidars for wind velocity and atmospheric turbulence./opt. Eng./oct. 1994/V33 N10/p3206-3213.
ЗАДАЧА СИНТЕЗА ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ
в цифровых фазированных антенных решетках
В.Д. БУРКОВ, проф. каф. ИИС и ТПМГУЛ, д-р техн. наук,
П.В. МАРТЫНОВ, инженер ОАО «НПО ИТ»,
А.Е. ОРЛОВ, асп. каф. ИИС и ТП МГУЛ,
Ф.О. СУЛИМОВ, асп. каф. ИИС и ТП МГУЛ
syfo-dias@mail.ru, orlov1114@rambler.ru, fsul@mail.ru
В последнее время в связи с созданием многофункциональных радиоэлектронных средств различного назначения и значительным усложнением радиоэлектронной обстановки особую актуальность приобретают вопросы использования и размещения фазированных антенных решеток, обеспечивающих решение широкого круга задач на объектах-носителях. Широкое применение находят плоские ФАР, имеющие раскрыв с
произвольной формой границы, что обусловлено необходимостью размещения раскры-вов различных диапазонов на ограниченном участке поверхности, выделенном для антенных систем. Указанные ситуации возникают при установке антенн на кораблях, автомобилях и т.п. Другой особенностью, связанной с необходимостью работы ФАР в сложной помеховой обстановке, является формирование диаграмм направленности (ДН) с произволь-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 7/2013
51
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
ным законом изменения уровня боковых лепестков, в том числе и низким уровнем.
Антенны с электрически управляемым фазовым распределением обеспечивают сканирование луча в пространстве со скоростью, которая может быть на несколько порядков выше скорости механически сканирующих антенн. Время установки в заданную точку пространства луча фазированных решеток практически определяется быстродействием электрического фазовращателя или перестройкой частоты при частотном сканировании и не связано с весом и размерами антенны. ФАР из остронаправленных антенн позволяют увеличить предельно реализуемую разрешающую способность, усиление и максимальную мощность антенны. Решетки позволяют создать многофункциональные антенны, в которых с помощью электрически управляемых устройств СВЧ меняется форма и ширина диаграммы направленности в зависимости от выполняемых радиосистемой функций.
В известной литературе, например [13], как правило, приведены рекомендации по формированию произвольного закона изменения и снижения боковых лепестков для ФАР с канонической формой раскрыва (раскрывов прямоугольной и круглой формы). Для таких раскрывов хорошо изучена взаимосвязь параметров раскрыва (размер раскрыва, закон изменения амплитудного распределения в раскрыве) с шириной главного максимума ДН и законом изменения уровня боковых лепестков. При этом данные закономерности относятся к случаю использования строчностолбцевого закона управления амплитуднофазовым распределением (АФР) в раскрывах прямоугольной формы или осесимметричного распределения в круглых раскрывах.
Однако в случае раскрывов с произвольной формой границы использование схемы построения ФАР, реализующей, например строчно-столбцевой закон управления амплитудно-фазовым распределением, может приводить к неточности установки главного луча, а также к существенному повышению уровня боковых лепестков. Указанные недостатки обусловлены отказом от учета формы раскрыва при использовании строчно-столб-
цевого закона управления амплитудно-фазовым распределением. Кроме того, в известной литературе отсутствуют результаты исследований взаимосвязи параметров излучающего раскрыва и формируемой ДН.
В соответствии с отмеченными особенностями формирования АФР физически реализуемые ДН для раскрывов с произвольной формой границы могут быть определены только в главных плоскостях [4, 6].
В связи с изложенным важной задачей является рассмотрение алгоритма синтеза амплитудно-фазового распределения для ФАР с произвольной формой границы.
Одним из путей решения поставленной задачи является предложение ввести эквивалентный плоский раскрыв с канонической формой границы, в частности, прямоугольный, круглый и т.п., в который наилучшим образом вписывается реальный раскрыв ФАР.
В качестве эквивалентного был рассмотрен прямоугольный раскрыв. Будем считать, что излучатели в раскрыве ФАР и эквивалентном раскрыве располагаются в узлах регулярной прямоугольной сетки с одинаковыми параметрами. При этом координаты излучателей вспомогательного раскрыва, находящихся внутри контура раскрыва ФАР, совпадают с координатами излучателей ФАР. Геометрия решаемой задачи приведена на рисунке. Такой выбор эквивалентного раскрыва определяется хорошо исследованной взаимосвязью параметров АФР линейных антенн с характеристиками ДН в главных плоскостях, в частности, с поведением огибающей боковых лепестков при использовании строчностолбцевого закона управления АФР в прямоугольном раскрыве. При этом поведение огибающей боковых лепестков должно быть определено для двух взаимно ортогональных линеек, образующих эквивалентный прямоугольный раскрыв.
Назовем ДН эквивалентного прямоугольного раскрыва вспомогательной. При этом для эквивалентного плоского прямоугольного раскрыва достаточно просто сформировать объемную ДН с заданными законами огибающей боковых лепестков в главных сечениях.
52
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
Решение задачи синтеза для плоского раскрыва с произвольной формой границы, содержащего N излучателей, при использовании вспомогательной ДН позволит реализовать в главных плоскостях близкий к заданному закон изменения огибающей боковых лепестков в главных сечениях и более низкий уровень боковых лепестков в промежуточных азимутальных сечениях. Обеспечение такого поведения боковых лепестков достигается путем наложения требований на формируемую ДН не в двух, а в большем числе сечений [7].
При данном подходе к решению задачи синтеза на первом этапе по заданным положению главного лепестка и законам огибающей боковых лепестков в главных плоскостях заданной ДН вычисляются (выбираются из заранее насчитанных массивов) амплитуднофазовые распределения ALxn n = 1, ..., , ALym, m = 1, ..., , где Nx, Ny - число излучателей в эквивалентных линейках. В качестве линеек выбираются линейные АР максимальной длины, которые могут быть выделены в составе рассматриваемого плоского раскрыва с произвольной формой границы [8].
На основе выбранных АФР в указанных ортогональных линейках формируется общее амплитудно-фазовое распределение в раскрыве прямоугольной формы, содержащем N = Nx х Ny излучателей. Вспомогательная ДН Faux(9, ф), имеющая в главных плоскостях заданный закон огибающей боковых лепестков, находится как диаграмма, формируемая эквивалентным прямоугольным раскрывом
Faux (0>ф):= Е Е AmnV-mn (0> ф)Х
и=1 т-1 (1)
х exp (-ik (sin 0 (хтп cos tp + утп sin ф)))’ ’
где xmn, ymn, pmn(9, ф) - соответственно координаты и ДН излучателя, стоящего на пересечении да-й строки и n-го столбца;
A - АФР эквивалентного прямоуголь-
mn
ного раскрыва, определяемое в соответствии со строчно-столбцевым законом управления АФР в виде
A = AL AL . (2)
Запишем ДН ФАР с плоским N-элементным раскрывом, имеющим произвольную форму границы, в виде
^о(0>ф)=Е-/л(0>ф)х
п=1
х ехр (-/£ (хп sin 0 cos ф + уп sin 0 cos ф))
, (3)
где xn, yn, pn(9, ф) - координаты и ДН n-го излучателя в составе излучающего раскры-ва с произвольной формой границы. Следует отметить, что ДН излучателей в раскрыве ФАР и вспомогательном раскрыве полагаются одинаковыми.
Для нахождения АФР Jn в таком раскрыве потребуем совпадения ДН ФАР и вспомогательной ДН в Р направлениях
Р0(9я ф^) = Faux(9p> фр). (Р = 1 ..., Р). (4)
В матричной форме условие (4) может
быть представлено следующим образом:
m ■ j=\F). (5)
Элементы матрицы [T] истемы (5) определяются соотношением
tpn = pn(9p, фp)exp(-й(xnsm9cosф +
+ xnsin9cosф)), (6)
где pn(9p, фр) - ДН n-го излучателя в направлении, определяемом углами 9р, фр. Элементами вектора-столбца J) являются неизвестные токи в излучателях ФАР, а элементами вектора-столбца |F) - значения
Faux(9p, Фp), (Р = 1, ..., Р n = 1, ..., N).
При выполнении условия Р >> N получаемое решение системы (5) дает приближенное решение, являющееся наилучшим в смысле минимизации среднеквадратического отклонения [9] вспомогательной и синтези-
Рисунок. Плоский раскрыв ФАР: 1, 2 - границы реального и эквивалентного раскрывов соответственно; 3, 4 - линейные АР в ортогональных сечениях эквивалентного раскрыва
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
53
ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ЛЕСА
руемой ДН. Поскольку ранг матрицы [7] равен N, решение задачи амплитудно-фазового синтеза ФАР при этом может быть найдено в виде [9]
J = [7]+ ■ \F, (7)
где [7]+ - псевдообратная матрица для матрицы [7], определяемая выражением:
[7]+ = (Г7)-1Г, (8)
В выражении (8) Г - матрица, транспонированная и комплексно-сопряженная по отношению к матрице [7].
В частном случае при условии Р = N получаем [7]+ = Г-1, и решение (7) принимает вид
J = [7]-1 ■ F). (9)
Получаемое в (7) решение обеспечивает минимальное отклонение синтезируемой ДН ФАР с плоским раскрывом, имеющим произвольную форму границы от вспомогательной ДН в среднеквадратическом смысле.
Библиографический список
1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ / Д.М.
Сазонов. - М.: Высшая школа, 1988.
2. Самойленко В.И. Управление фазированными антенными решетками / В.И. Самойленко, Ю.А. Ши-шов. - М.: Радио и связь, 1983.
3. Активные фазированные антенные решетки; под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова.
- М.: Радиотехника, 2004.
4. Бахрах Л.Д. Синтез излучающих систем. Теория и методы расчета / Л.Д. Бахрах, С.Д. Кременецкий.
- М.:Сов. радио, 1974.
5. Бурков В.Д. Система управления перебазируемым комплексом телеметрических измерений с использованием системы ГЛОНАСС и волоконнооптических гироскопов / В.Д. Бурков, А.Е. Орлов, В.С. Шалаев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник.
- 2012. - № 6(89). - С. 160-166.
6. Зелкин Е.Г Методы синтеза антенн: фазированные антенные решетки и антенны с непрерывным раскры-вом / Е.Г Зелкин, В.Г Соколов. - Сов. радио, 1980.
7. Волошин В.А. Синтез амплитудно-фазового распределения в антенных решетках с произвольным контуром / В.А. Волошин, Д.Д. Габриэльян, О.В. Оводов //Антенны, 2010. - № 2(153). - С. 44-47.
8. Волошин В.А., Ларин А.Ю., Оводов О.В. Алгоритм синтеза линейных антенных решеток по заданной огибающей боковых лепестков диаграммы направленности / В.А. Волошин, А.Ю. Ларин, О.В. Оводов // Антенны, 2011. - № 12. - С. 3-8.
9. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц / Ф.Р. Гантмахер.
- М.: Наука, 1967. - 575 с.
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА КОНФИГУРАЦИЮ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
В.Д. БУРКОВ, проф. каф. ИИС и ТПМГУЛ, д-р техн. наук,
A. Б. БУРЛАКОВ, проф. каф. ихтиологии МГУ им. М.В. Ломоносова, д-р биол. наук, Ю.С. КАПРАНОВ, нач. отд. ОАО «НПК СПП», Москва,
Г.Э. КУФАЛЬ, нач. отд. ОАО «НПК СПП», Москва, канд. техн. наук,
СВ. ПЕРМИНОВ, асп. каф. ИИС и ТП МГУЛ,
И.М. ПЕРШИН, проф. каф. СУ Сев.-Кавк. унив., д-р техн. наук,
B. С. ШАЛАЕВ, проф., директор ИСИЛМГУЛ, д-р техн. наук
К настоящему времени накоплено значительное количество данных о влиянии слабых электромагнитных полей на живые организмы, о межорганизменных дистантных взаимодействиях и о влиянии ослабленных геомагнитных полей. Все публикации по данной проблематике носят описательный характер и не приводится каких-либо объяснений наблюдаемым эффектам. Последний состоявшийся 6-й международный конгресс, посвященный теме «Слабые и сверхслабые
av60017@comtv. ru поля и излучения в биологии и медицине», не добавил ясности по этому вопросу.
Нам представляется, что подход, опубликованный в [1], поможет внести некоторую ясность по затронутому вопросу.
Предполагается, что механизм организации биообъектов должен создавать некое архитектурное поле, определенным образом выстраивающее структурные элементы клеток. Например, синтез белков осуществляется соединением последовательности
54
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2013
