Энергоэффективная пассивная антенна для пеленгации по отраженным сверхвысокочастотным сигналам

Литература

1. Най Дж. Физические свойства кристаллов. - М.: Мир, 1967. - 385 с.

2. Шаскольская М.П. Кристаллография. - М.: Высшая школа, 1976. - 391с.

3. Акустические кристаллы. Справочник / Под ред. М.П.Шаскольской. - М.: Наука, 1982. С. 212 - 218.

4. Шубников А.В. Пьезоэлектрические текстуры. М. - Л.: Изд. АНСССР, 1946.

5. Бауэр Э. Рост ориентированных пленок на аморфных поверхностях. - В кн.: Монокристаллические пленки / Пер. с англ., под ред. З.Г. Пинскера. - М.: Мир, 1966. - С.58-90.

6. Шувалов Л.А., Урусовская A.A., Же-лудев И.С. и др. Современная кристаллография. - М.: Наука, 1981. - Т.4. - 495 с.

7. Конференция по физической. электронике. Махачкала, 2001г.

УДК 62 Х.М. Гаджиев, к.т.н, доцент, факультет радиоэлектроники телекоммуникаций и мультимедийных технологий, ФГБОУ ВО

«ДГТУ», г. Махачкала, Российская Федерация Т.А. Челушкина, к.т.н., ст. преподаватель, факультет компьютерных технологий, вычислительной техники и энергетики, ФГБОУ ВО

«<ДГТУ», г. Махачкала, Российская Федерация Шкурко A.C., аспирант, факультет радиоэлектроники телекоммуникаций и мультимедийных технологий, ФГБОУ ВО «<ДГТУ»,

г. Махачкала, Российская Федерация

Касумов И.М., аспирант, факультет радиоэлектроники телекоммуникаций и мультимедийных технологий, ФГБОУ ВО «<ДГТУ»,

г. Махачкала, Российская Федерация Абдулзагиров М.А., студент 4 курса, факультет радиоэлектроники телекоммуникаций и мультимедийных технологий, ФГБОУ ВО

«<ДГТУ», г. Махачкала, Российская Федерация

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ПАССИВНАЯ АНТЕННА ДЛЯ ПЕЛЕНГАЦИИ ПО ОТРАЖЕННЫМ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫМ СИГНАЛАМ

В современном мире население планеты перевалило за семь миллиардов, что привело к повышению плотности населения в традиционно заселенных регионах и освоению

новых территорий. Это, в свою очередь, привело к увеличению количества жертв от природных и техногенных катастроф.

Ключевые слова: пеленгации, сигналы, катастрофа.

In today's world, the world's population exceeded seven billion, which led to increased population density in areas traditionally inhabited and the development of new territories. This, in turn, led to an increase in the number of victims of natural and man-made disasters. Keywords: direction finding signals a disaster.

При проведении спасательных работ приоритетным является спасение пострадавших и поиск пропавших без вести. Для проведения спасательных работ необходима точная информация о месте нахождения пострадавших под завалами, оползнями, снежными лавинами или на дне водоемов. При отсутствии такой информации возникают ситуации, при которых спасатели и оборудование используются для проведения спасательных работ и разбора завалов там, где нет пострадавших. В условиях дефицита времени это приводит к дополнительным человеческим жертвам и напрасному использованию людских и аппаратных ресурсов.

Для повышения уровня спасательных работ и достоверного обнаружения пострадавших целесообразно использование специализированного пеленгационного оборудования. Функционирование системы пеленгации основано на размещении нескольких базовых станций синхронно по очереди посылающих пеленгующие сигналы с круговой диаграммой направленности. Пеленгуемые объекты оснащены специ-

ализированными антеннами в форме уголкового отражателя, которыми заблаговременно обзаводятся желающие быть спасенными при чрезвычайных ситуациях. В априори это просто пассивное отражение в сторону базовой станции отраженного электромагнитного сигнала от металлизированной поверхности в форме ортогональных поверхностей. Такие антенны могут быть изготовлены в виде нашивок на одежду, бирок или брелоков. Возможно применение сотовых телефонных аппаратов или планшетов. Антенна в форме уголкового отражателя способна при любом пространственном расположении самой антенны относительно базовой станции и при любом наклоне ее передавать отраженный сигнал в сторону базовой станции, причем для этого не требуется никаких источников электропитания. Специализированные алгоритмы работы базовых станций позволяют запеленговать всех абонентов по результатам анализа отраженных сигналов.

Более детальная персонифицированная информация о пострадавшем

Л

а

Рис. 1. Структура размещения р-г-и-диодов в плоскостях антенны

в форме уголкового отражателя

может быть получена если оснастить на рис. 3 изображена схема замеще-антенны на уголковых отражателях ния, а также ход лучей после трех-микроконтроллерами с электропита- кратного отражения от всех трех ор-нием от преобразователей электро- тогональных поверхностей уголково-магнитного излучения базовых стан- го отражателя.

ций в электрический ток. При подаче запирающего на-

Одним из перспективных видов пряжения все р-1-п-диоды закры-создания антенн для современных ты и на рисунке 4 изображена систем пеленгации является применение антенны в форме уголкового отражателя с р-1-п-диодами [1]. На рис.1 приведена структура создания отражающих поверхностей, на базе проводников с р-1-п-диодами._

Совмещение этих поверхностей друг на друга изображено на рис. 2. Шаг между проводниками и р-1-п-диодами соответствует 1/4 длины волны отражаемого сигнала. В этом случае плоская поверхность из линейных вибраторов воспринимается как сплошная металлическая плоскость.

При подаче отпирающего напряжения все р-1-п-диоды открыты и

Рис. 2. Структура пространственного размещения диодных поверхностеи в антенне уголкового отражателя

Рис. 3. Схема замещения при подаче на р-1-и-диоды отпирающего напряжения и траектория переотражения в обратном направлении радиолуча от поверхностей антенны уголкового отражателя

схема замещения, при которой все Преимуществом такой антенны

поверхности разорваны на изо- является энергосбережение, так как

лированные фрагменты имеющие вместо формирования передающего

размеры такой величины, что по- радиосигнала достаточно затратить

зволяют радиосигналам беспрепят- минимум энергии на открывание и

ственно проходить сквозь антенну закрывание р-1-п-диодов, что позво-

без переотражения на излучаю- лит в энергосберегающем режиме

щую станцию.

осуществить передачу цифровой ин-

Рис. 4. Схема замещения при подаче на р-1-и-диоды запирающего напряжения для преобразования отражающих поверхностей антенны (разбивка на радиопрозрачные фрагменты) и беспрепятственного пропускания радиолуча без отражения.

и

Т1

->

т

т

т

Рис. 5. Схема пеленгации

формации при минимальных затратах энергии. Кроме того, уголковый отражатель позволяет осуществлять устойчивое отражение радиосигнала при любом расположении в пространстве и при любом направлении на базовую станцию.

На рисунке 4 приведен вариант, когда антенна на уголковом отражателе пеленгуется поочередно тремя сотовыми станциями. Пеленгация состоит в следующем. Одна из базовых станций, например, первая, посылает радиосигнал во все стороны, в том числе на абонента, который он отражает обратно при помощи антенны. Так же поступают и две другие базовые станции. Временные задержки показаны на рисунке 5.

Время задержки с учетом фиксируемой скорости распространения радиосигнала дает информацию о том, на каком расстоянии от каждой базовой радиостанции находился пострадавший. Эта информация с учетом математической обработки может быть использована для пеленгации

Рис. 6. Временные диаграммы задержки распространения сигнала

абонента. Так как частота излучения базовой радиостанции порядка 2ГГц, то имеется возможность пеленгации с учетом скорости распространения радиоволны и возможности пеленгации пострадавших, соразмерных половине длины волны в пределах нескольких сантиметров, что является очень высокой точностью.

Математическое обеспечение системы пеленгации предназначено для проведения всех необходимых расчетов по точной пеленгации пострадавших на местности находящейся в пределах зоны действия базовых радиостанций. На рисунке 6 приведена схема пеленгации пострадавшего, находящегося в зоне действия трех базовых радиостанций, обозначенных на схеме 1, 2, 3.

Уравнениями окружности для каждой из этих трех сотовых базовых радиостанций является система уравнений, приведенная формулами (1):

(X - ^^ )2 + (У г - У А )2 = (х2 - Ха)2 + (У2 - Уа)2 = К2 (хз - Ха )2 + (Уз - Уа )2 = *32

о

о

2

о

3

У .

У1 У2 Уа

Уз

Х1 Х3 ХА

Рис. 7. Схема пеленгации пострадавшего находящегося в зоне действия трех сотовых базовых радиостанций

Каждая базовая радиостанция вычисляет свою окружность таким образом, что от первой базовой радиостанции до абонента расстояние составляет И1 , от второй - И2 и от третьей - И3.

Расстояние, выбранное в системе декартовых координат, может быть вычислено следующим образом:

r1 =v (x1 - xa f +(у1 - Уа у

R3=

С другой стороны, эти радиусы можно вычислить по величине временных задержек от пострадавшего до каждой сотовой станции.

R1 = С AT1 R2 = С ^AT2 R3 = С  AT3

Погрешности распространения и преобразования могут быть скорректированы за счет того, что это си-

стематическая погрешность для всех базовых радиостанций в каждый момент времени измерения задержки в распространении радиосигнала. Эта погрешность одинакова для всех трех расстояний, поэтому достаточно при вычислении одновременно увеличивать или уменьшать радиусы, до пересечения их в одной точке.

Данная система уравнений содержит неизвестные xA и yA, т.е. координаты абонента. Все остальные параметры являются фиксированными значениями, т.е. координаты первой, второй и третьей станции нам известны x1 , y1 , x2 , y2 , x3 , y3 Расстояние до базовых станций также нам известно по вычислениям, что позволяет решить данную систему уравнений и с высокой точностью, соответствующей половине длины волны можно определить координаты хА, уА.

Создание энергоэффективных пассивных антенн для пеленгации по отраженным сверхвысокочастотным сигналам позволит спасти много жизней при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Библиографический список:

1. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Челушкина Т.А., Шкурко A.C., Магомедова П.А. / Энергоэффективная пассивная антенна для кодовоимпульсной модуляции за счет отражения сверхвысокочастотного сигнала. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2015. №37. C. 44-49.

0

Х

Х

2

2