Принципы построения системы адаптации к помеховой обстановке в узком парциальном одноградусном луче

Решетнеескцие чтения. 2015

Анализ полученных результатов. Таким образом, модификация профиля контррефлектора, по сравнению с классическим гиперболическим профилем, позволяет не только уменьшить габариты антенны, но и улучшить ее энергетику (до +1 дБ) за счет увеличения значения коэффициента перехвата мощности облучателя контррефлектором (уровни облучения его кромки порядка минус 17 дБ при минус 10-12 дБ при классическом его исполнении).

За счет этого обеспечивается более равномерное распределение поля по поверхности рефлектора при минимизации фазовых искажений, что позволяет увеличить значение коэффициента использования площади апертуры основного рефлектора.

Библиографические ссылки

1. Айзенберг Г. З., Ямпольский В. Г., Терешин О. Н. Антенны УКВ. Ч. 2. М. : Связь, 1977. 288 с.

2. Вуд П. Анализ и проектирование зеркальных антенн. М. : Радио и связь, 1984. 208 с.

3. Наймушин М. П., Панченко Б. В., Шабунин С. Н., Проектирование антенных систем СВЧ. УГТУ, 1993.

4. Крылов Ю. В., Тайгин В. Б. Проектирование облучателя в Ка/р-диапазоне на основе «восстанавли-

вающей» схемы // Вестник СибГАУ. 2015. Вып. 2(16). С. 417-422.

5. Крылов Ю. В. Частотно-поляризационная селекция сигналов в рупорных облучающих системах зеркальных антенн // Исследования наукограда. 2015. № 2. С. 5-9.

References

1. Eisenberg G. Z., Yampolsky V. G., Tereshin O. N. Antennas UHF Part 2. [Antenny UKV chast' 2]. M. : Communication, 1977. 288 s.

2. Wood P., Analysis and design of reflector antennas. [Analiz i proektirovanie zerkal'nyh antenn]. M. : Radio and Communications, 1984. 208 р.

3. Naimushin M. P., Panchenko B. V., Shabunin S. N. Designing microwave antenna systems. [Proektirovanie antennyh sistem SVCh]. UGTU, 1993.

4. Krylov Yu. V., Taygin V. B. [Design feed antenna Ka/Q-band based on "repairable" scheme]. Vestnik Sib-GAU, 2015, vol. 16, no. 2, p. 417-422.

5. Krylov Yu. V. [Frequency-polarization selection signals in the horn feeding systems in reflector antennas]. The research of the science city, 2015, no. 2, p. 5-9.

© Зубарев Р. С., Крылов Ю. В., Лапин А. Ю., 2015

УДК 621.396.946

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ АДАПТАЦИИ К ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКЕ В УЗКОМ ПАРЦИАЛЬНОМ ОДНОГРАДУСНОМ ЛУЧЕ*

Т. И. Карцан2, Д. Д. Дмитриев3, И. Н. Карцан2, В. Н. Тяпкин3

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

3Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: kartsan2003@mail.ru

Предложено построение семилучевой адаптивной ГЗА с облучателем в виде 19-элементной решетки с кластерным формированием лучей.

Ключевые слова: диаграмма направленности, антенная решетка, коэффициент усиления, многолучевая антенна, гибридная зеркальная антенна.

PRINCIPLES OF CONSTRUCTION OF ADAPTATION NOISE CONDITIONS IN THE NARROW ONE-DEGREE PARTIAL BEAM1

T. I. Kartsan2, D. D. Dmitriev3, I. N. Kartsan2, V. N. Tyapkin3

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 3Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: kartsan2003@mail.ru

The researchers propose construction of the seven-rayed adaptive GZA with the feed in the form of a 19-element array with the cluster beam forming.

Keywords: antenna pattern, array, amplification factor, multiple-wire antenna, hybrid mirror antenna.

Наиболее отвечающим требованиям по совершен- ние бортовой адаптивной антенны диапазона милли-ствованию средств спутниковой связи является созда- метровых волн (ММВ) с перенацеливаемыми лучами.

*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).

Системы управления, космическая навигация и связь

Структурная схема системы адаптации в одном парциальном луче, использующей критерий качества МСКО

Выполнение требования обеспечения связи в глобальном луче бортовой многолучевой антенны (МЛА) возможно несколькими способами. Прежде всего, это заполнение глобального луча парциальными, шириной диаграммы направленности (ДН) порядка 0,7°, для обеспечения заданного коэффициента усиления (КУ) парциального луча МЛА. При этом число лучей будет неоправданно большим, что скажется на стоимости и весе антенны. Обработка информации системой адаптации существенно усложнится, и увеличится до недопустимо большой величины время адаптации - промежуток времени, в течение которого достигается заданное значение показателя качества.

Второй вариант организации глобального обслуживания - это создание N независимо перенацеливаемых в глобальной зоне обзора (ЗО) парциальных лучей.

При этом априори будут неизвестны расстояния (угловые) между парциальными лучами, причем, как правило, они будут велики.

Перенацеливание лучей достигается изменением либо амплитудного распределения (смещения амплитудного центра масс облучающей решетки), либо фазового (фазовое сканирование).

Система адаптации, построенная на антенной решетке (АР) с непредсказуемым амплитудно-фазовым распределением, может быть неэффективна и ненадежна.

Поэтому, если принять концепцию формирования бортовой МЛА с N независимо перенацеливаемыми в глобальной зоне обзора парциальными лучами, то единственно возможным вариантом построения системы адаптации является реализация её в каждом отдельном парциальном луче.

Конечно, это приводит к заметному увеличению апертуры антенны, поскольку в этом случае каждый парциальный луч будет формироваться несколькими излучателями АР.

Принцип реализации такой системы адаптации, использующей критерий качества минимальной сред-неквадратической ошибки (МСКО), в каждом одноградусном парциальном луче схематично изображен на рисунке [1].

При числе излучателей АР парциального луча гибридно-линзовой МЛА порядка 19 можно обеспе-

чить подавление в нем не менее 10 помех. Излучатели АР, как правило, располагаются в узлах гексагональной сетки, образуя не менее 12 кластеров. Ширина ДН одного излучателя при условии, что диаметр вол-

новодной линзы порядка (1,1___1,3) м, составит

(0,3..0,4)°.

Расстояние между излучателями АР парциального луча выбирается из следующих условий.

Первое. Одно из требований, накладываемое на межцентровое расстояние между излучателями, аналогично требованию отсутствия побочных максимумов, которое для гексагональной решетки имеет вид

2-1

733(1+sin ес

с)

Несоблюдение этого требования приводит к тому, что система адаптации формирует побочные минимумы и в других направлениях, которые могут совпадать в МЛА с приходящими полезными сигналами. Физика формирования адаптационных побочных минимумов практически та же, что и формирования побочных максимумов в антенных решетках.

Следующим требованием является требование ортогональности парциальных ДН излучателей в решетке, которое формулируется в следующем виде:

п 2п

\\Frn (е, ф) • Рп (е, ф) • ¡эд -ае -ар =

0 0

при т Ф п;

4 • п

А?

при т = п;

где Бт - КНД решетки облучателя в направлении максимума т-й ДН; Fm(е, ф) и Fn(е, ф) - нормированные ДН, соответствующие п и т излучателям фазированной антенной решетки (ФАР).

Существуют и другие требования и ограничения на построение системы адаптации в остронаправленном луче [2].

Для формирования одного луча предлагается использовать семь элементов решетки, при этом противофазное запитывание одного из элементов кластера позволяет сформировать провал ДН. Однако такой

0

Решетнееские чтения. 2015

способ имеет существенный недостаток: провал формируется на фиксированном направлении.

Применение противофазного запитывания облучателя приводит к значительному уменьшению сигнала в 20 % от номинальной ЗО.

Кроме того, для подавления дополнительных помех необходимо запитывать в противофазе дополнительный облучатель, что приводит к еще большей деградации или полной потере характеристик антенны.

Библиографические ссылки

1. Щесняк С. С., Попов М. П. Адаптивные антенны. СПб. : Военная инженерно-космическая академия имени А. Ф. Можайского, 1996. 612 с.

2. Эффективность радионавигационных систем / И. Н. Карцан, К. Г. Охоткин и др. // Вестник СибГАУ. 2013. № 3(49). С. 48-50.

References

1. Shchesnyak S. S., Popov M. P. Adaptive antennas. SPb. : Military engineering and space academy of name A. F. Mozhaisky, 1996. 612 p.

2. Kartsan I. N., Ohotkin K. G. [The effectiveness of radio navigation systems]. Vestnik SibGAU. 2013, No. 3(49), p. 48-50 (In Russ.).

© Карцан Т. И., Дмитриев Д. Д., Карцан И. Н., Тяпкин В. Н., 2015

УДК 621.396.946

КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ГНСС-ПРИЕМНИКОВ И ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ*

Т. И. Карцан2, Д. Д. Дмитриев3, И. Н. Карцан2, В. Н. Тяпкин3, Е. А. Самойлов2

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

3Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: kartsan2003@mail.ru

Рассмотрена структурная схема оптимальной интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы.

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, блок инерциальных датчиков, аналогово-цифровой преобразователь, глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС).

INTEGRATION OF GNSS RECEIVERS AND INERTIAL SENSORS 1

T. I. Kartsan2, D. D. Dmitriev3, I. N. Kartsan2, V. N. Tyapkin3, Y. A. Samoilov2

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

3Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: kartsan2003@mail.ru

The research focuses on structural scheme of the optimum integrated inertial-satellite navigation system.

Keywords: inertia navigation system, inertial sensor unit, analog-to-digital converter, global navigation satellite system.

В современной технике используются различные навигационные системы - инерциальные, спутниковые, баровысотомеры, радиолокационные, системы локальной радионавигации и пр. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Поскольку многие задачи, решаемые этими системами, совпадают, то имеет смысл объединить их в единую навигационную систему. Такая интеграция позволит использовать достоинства каждой из систем и компенсировать недостатки, присущие отдельным системам, за счет преимуществ других.

В настоящее время интенсивно развивается направление, основанное на интеграции инерциальных и спутниковых радионавигационных систем.

Автономное использование ограничивается серьезными недостатками, присущими каждой из них. Так, инерциальная навигационная система (ИНС) характеризуются низким уровнем шумовой составляющей погрешности измерения и высоким темпом выдачи данных, в то же время погрешность измерения носит нестационарный характер, т. е. имеет место накапливающаяся ошибка.

*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение от 28.10.2014 г. № 14.574.21.0131, уникальный идентификатор проекта ММЕП57414Х0131).