radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2020-23-2-46-54radioelectronics-417Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASВариант реализации интерактивного приложения для синтеза систем связи с антенными решеткамиAn Implementation of Interactive Application for the Synthesis of Communication Systems with Antenna Arrayshttps://orcid.org/0000-0002-5496-2702КузьминС. В.KuzminS. V.

Кузьмин Сергей Викторович – кандидат физико-математических наук (2004), доцент кафедры конструирования и производства радиоэлектронных средств 

Автор 38 научных работ. Сфера научных интересов – антенны; СВЧ устройства; антенные решетки; синтез радиоэлектронных средств; пространственновременная обработка сигналов; измерение антенн; ЭМС; математическое моделирование; распространение радиоволн; радиолокация; навигация. 

Sergey V. Kuzmin, Cand. Sci. (Phys.-Math.) (2004), Associate Professor of the Department of Design and Production of Radioelectronic Facilities

The author of 38 scientific publications. Area expertise: antennas; microwave devices; antenna arrays; synthesis of electronic equipment; space-time signal processing; antenna measurement; EMC mathematical modeling; radio wave propagation; radars; navigation.

sergey-v-kuzmin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7979-3725КоровинК. О.KorovinK. O.

Коровин Константин Олегович – кандидат физико-математических наук (2008), заведующий кафедрой радиосистем и обработки сигналов

Автор более 20 научных работ. Сфера научных интересов – антенны; антенные решетки; пространственно-временная обработка сигналов; цифровая обработка сигналов; распространение радиоволн; радиолокация; навигация; ЭМС; математическое моделирование. 

Konstantin O. Korovin, Cand. Sci. (Phys.-Math.) (2008), Associate Professor, Head of the Department of Radiosystems and Signal Processing 

The author of more than 20 scientific publications. Area expertise: antennas; antenna arrays; space-time signal processing; digital signal processing; electromagnetic wave propagation; radars; navigation; EMC, mathematical simulation.

konstkor@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4710-3384РаимжановТ. Р.RaimzhanovT. R.

Раимжанов Тохир Рустамович – бакалавр по специальности "Конструирование и технология электронных средств" (2019), студент первого курса магистратуры по кафедре конструирования и производства радиоэлектронных средств

Автор одной научной публикации. Сфера научных интересов – устройства СВЧ; антенны; антенные решетки; пространственно-временная обработка сигналов; цифровая обработка сигналов; радиолокация; ЭМС; распространение радиоволн.

Tokhir R. Raimzhanov, Bachelor in "Design and Technology of Electronic Facilities" (2019), 1st year master degree student of the Department of Design and Production of Radio-Electronic Facilities

The author of one scientific publication. Area expertise: microwave devices; antennas; phased arrays; space-time signal processing; digital signal processing; radars, EMC, electromagnetic wave propagation.

tokhir.fl@gmail.comСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-БруевичаРоссияBonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of TelecommunicationsRussian Federation2020280420202324654Copyright © Кузьмин С.В., Коровин К.О., Раимжанов Т.Р., 20202020Кузьмин С.В., Коровин К.О., Раимжанов Т.Р.Kuzmin S.V., Korovin K.O., Raimzhanov T.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/417Введение

Введение. Современные системы радиолокации и связи содержат фазированные антенные решетки. Одной из задач синтеза указанных систем является формирование требований к входящим в их состав узлам, модулям и блокам. Для решения поставленной задачи необходимо построить зону действия и проанализировать влияние характеристик входящих устройств. Повысить качество анализа и синтеза столь сложных систем может применение интерактивной визуализации данных, которая требует достаточно быстрого вычисления характеристик.

Цель работы

Цель работы. Разработка интерактивного приложения для увеличения возможностей синтеза систем связи, содержащих антенные решетки, и улучшения характеристик синтезированных систем.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для ускорения вычисления диаграмм направленности применено их представление для антенной решетки в форме, позволяющей использовать алгоритм быстрого преобразования Фурье. Для нахождения требуемых амплитудно-фазовых распределений применяются разложение в ряд Котельникова и генетический алгоритм.

Результаты

Результаты. В разработанном приложении выводятся на экран амплитудно-фазовое распределение, диаграмма направленности линейной эквидистантной решетки и зона действия. Возможно интерактивное изменение амплитудно-фазового распределения в излучателях и диаграммы направленности в заданных направлениях. При внесении изменений в диаграмму направленности меняется амплитуднофазовое распределение и форма самой диаграммы направленности в направлениях, отличных от заданного. Зона действия перестраивается при изменении любой из характеристик. При необходимости ее отображение может быть отключено. В статье приведен пример использования приложения при синтезе системы связи с воздушным судном.

Заключение

Заключение. Применение разработанного приложения позволяет расширить возможности и существенно сократить время анализа и синтеза систем связи и вторичной радиолокации с антенными решетками. Кроме того, приложение используется для подготовки специалистов для предприятий отрасли.

Introduction

Introduction. Modern radar and communications systems contain phased array antennas. One of the synthesis problems of such systems is the formulation of requirements for components, modules and units which are comprised in it. To solve this problem, one needs to build a coverage area and to analyze an impact of characteristics of its parts. The quality of analysis and synthesis of such complex systems can be enhanced by use of interactive data visualization, which requires a fairly quick calculation of characteristics.

Aim

Aim. Development of an interactive application for increasing the synthesis capabilities of communication systems containing antenna arrays and for improving the characteristics of systems of interest.

Materials and methods

Materials and methods. To accelerate the calculation of radiation patterns, the antenna array pattern in a form suitable for the fast Fourier transform algorithm was used. To find the required amplitude-phase distributions, Kotelnikov series expansion and genetic algorithm were used.

Results

Results. In the developed application, amplitude-phase distribution, directivity pattern of a linear equidistant array and coverage area were displayed. An interactive change of the amplitude-phase distribution at radiation elements and synthesized radiation patterns in given directions were possible. With introduction of changes to the radiation pattern, the amplitude-phase distribution and the array radiation pattern itself changed in directions other than the specified one. The coverage area was rebuilt when any of the characteristics changes. If necessary, the coverage area display could be turned off. The paper provides an example of using the application in the synthesis of a communication system with an aircraft.

Conclusion

Conclusion. The use of the developed application allows one to extend the capabilities and significantly reduce the analysis and synthesis time of the communication secondary radar systems with antenna arrays too. Besides, the application is used for training specialists for industry enterprises.

ФАРантенная решеткаинтерактивная визуализациясинтез систем связивторичная радиолокацияряд Котельниковагенетический алгоритмPAAantenna arrayinteractive visualizationcommunication system synthesissecondary radarKotelnikov seriesgenetic algorithmReferencesAWR Design Environment. URL: https://www.awr.com /software/products/awr-designenvironment (дата обращения: 12.04.2020)AWR Design Environment. Available at: https://www.awr.com/software/products/awr-designenvironment (accessed 12.04.2020)Программное обеспечение PathWave Advanced Design System (ADS). Keysight. URL: https://www.keysight.com/ru/ru/products/software/pathwave-design-software/pathwave-advanced-designsystem.html (дата обращения: 12.04.2020)Software - PathWave Advanced Design System (ADS). Keysight. Available at: https://www.keysight.com/ru/ru/products/software/pathwave-design-software/pathwaveadvanced-design-system.html (accessed 12.04.2020)Antenna Magnus. Antenna design software URL: https://www.3ds.com/products-services/simulia/products /antenna-magus/ (дата об-ращения: 12.04.2020)Antenna Magnus. Antenna design software. Available at: https://www.3ds.com/products-services/simulia/products/antenna-magus/ (accessed 12.04.2020)Васильев Е. Ю., Кузьмин С. В. Концепция программного обеспечения для синтеза диаграмм направленности фазированных антенных решеток с учетом уравнения радиолокации в совмещенных системах радиосвязи и вторичной радиолокации // VI междунар. науч.-технич. и науч.-методич. конф. "Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании" (АПИНО 2017): сб. науч. ст. В 4 т. СПб.: СПбГУТ, 2017. Т. 1. С. 116‒120.Vasil'ev E. Yu., Kuz'min S. V. The Concept of Software for the Synthesis of Radiation Patterns of Phased Antenna Arrays Taking into Account the Radar Equation in Combined Radio Communication Systems and Secondary Radar. VI intern. scien.-tech. and scien.-method. conf. "Actual Problems of Information and Telecommunications in Science and Education" (APINO 2017). SPb., SPbGUT, 2017, vol. 1, pp. 116‒120. (In Russ.)Patterson W. L. Advanced Refractive Effects Prediction System (AREPS) // 2007 IEEE Radar Conf. Boston, MA, 17–20 April 2007. Piscataway: IEEE, 2007. P. 891‒895. doi: 10.1109/RADAR.2007.374337Patterson W. L. Advanced Refractive Effects Prediction System (AREPS). 2007 IEEE Radar Conf. Boston, MA, 17–20 April 2007. Piscataway, IEEE, 2007, pp. 891‒895. doi: 10.1109/RADAR.2007.374337AGI Engineering Tools. URL: http://www.agi.com /products/engineering-tools (дата обращения 09.04.2020)AGI Engineering Tools. Available at: http://www.agi.com/products/engineering-tools (accessed 09.04.2020)Специализированное программное обеспечение. CАПР "АЛЬБАТРОС". URL: http://www.spacecenter.ru/Software.htm (дата обращения 09.04.2020)Specialized software. CAD "ALBATROS". Available at: http://www.spacecenter.ru/Software.htm (accessed 09.04.2020)Mathworks Phased Array System Toolbox. URL: https://www.mathworks.com/products/phased-array.html (дата обращения 09.04.2020)Mathworks Phased Array System Toolbox. Available at: https://www.mathworks.com/products/phasedarray.html (accessed 09.04.2020)Применение матрицы взаимных связей при настройке ФАР / А. Н. Жегалов, С. В. Кузьмин, А. Н. Морозов, М. И. Ривкин, И. И. Силуянов // V Всеросс. науч.-технич. конф. "Радиолокация и радиосвязь", Москва, 21–25 ноября 2011 г. / ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН. М. 2011. С. 216–220.Zhegalov A. N., Kuz'min S. V., Morozov A. N., Rivkin M. I., Siluyanov I. I. Application of the Matrix of Mutual Relations when Setting up the PAR. V All-Russ. Scien. and Tech. Conf. "Radar and Radio Communication", Moscow, 21–25 November 2011. IRE im. V. A. Kotel'nikova RAN, Мoscow, 2011, pp. 216–220. (In Russ.)Коротецкий Е. В., Шитиков А. М., Денисенко В. В. Методы калибровки фазированных антенных решеток // Радиотехника, 2013. № 5. С. 95‒104.Korotetskii E. V., Shitikov A. M., Denisenko V. V. Methods of Phased Array Antenna Calibration. Radioengineering, 2013, no. 5, pp. 95‒104. (In Russ.)Зелкин Е. Г., Кравченко В. Ф. Задачи синтеза антенн и новые методы их решения. М.: ИПРЖР, 2002. 72 с.Zelkin E. G., Kravchenko V. F. Zadachi sinteza antenn i novye metody ikh resheniya [Antenna Synthesis Problems and New Methods for Solving Them]. Мoscow, IPRZhR, 2002, 72 p. (In Russ.)Brown A. D. Electronically Scanned Arrays MATLAB Modeling and Simulation, Boca Raton, NW: CRC Press, 2012. 229 p.Brown A. D. Electronically Scanned Arrays MATLAB Modeling and Simulation. Boca Raton, NW, CRC Press, 2012, 229 p.Vendik O. G., Kozlov D. S. Phased Antenna Array with a Sidelobe Cancellation for Suppression of Jamming // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2012. Vol. 11. P. 648‒650. doi: 10.1109/LAWP.2012.2203780Vendik O. G., Kozlov D. S. Phased Antenna Array with a Sidelobe Cancellation for Suppression of Jamming. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2012, vol. 11, pp. 648‒650. doi: 10.1109/LAWP.2012.2203780Вендик О. Г., Калинин С. А., Козлов Д. С. Фазированная антенная решетка с управляемой формой диаграммы направленности // ЖТФ. 2013. Т. 83, № 10. С. 117‒121.Vendik O. G., Kalinin S. A., Kozlov D. S. Phased Array Antenna with Controlled Shape of the Directional Pattern. J. of Tech. Physics. 2013, vol. 83, no. 10, pp. 117‒121. (In Russ.)Хансен Р. С. Фазированные антенные решетки. 2-е изд. М.: Техносфера, 2012. 560 с.Khansen R. S. Fazirovannye antennye reshetki [Phased Array Antennas]. 2nd ed. Мoscow, Tekhnosfera, 2012, 560 p. (In Russ.)Modern Antennas. 2nd ed. / S. Drabowitch, A. Papiernik, H. D. Griffiths, J. Encinas, B. L. Smith. Dordrecht, The Netherlands: Springer, 2005. 710 p.Drabowitch S., Papiernik A., Griffiths H. D., Encinas J., Smith B. L. Modern Antennas. 2nd ed. Dordrecht, The Netherlands, Springer, 2005, 710 p.Туральчук П.А., Вендик О. Г., Вендик И. Б. Расширение главного луча решетки Дольфа–Чебышева с использованием разложения по функциям Котельникова // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2018. Т. 1, № 1. С. 213‒216.Tural'chuk P.A., Vendik O. G., Vendik I. B. Expansion of the Main Beam of the Dolph–Chebyshev Lattice Using the Kotelnikov Function Expansion. Microwave Electronics and Microelectronics. 2018, vol. 1, no. 1, pp. 213‒216. (In Russ.)Подавление шумовых помех в адаптивных антенных решетках на основе нейросетевых алгоритмов / О. С. Литвинов, Д. В. Муродьянц, В. С. Борута, Б. Е. Винтайкин // Антенны. 2018. № 2 С. 40–44.Litvinov O. S., Murod'janc D. V., Boruta V. S., Vintajkin B. E. Suppression of Noise Interference in Adaptive Array Antennas via Neural Networks Algorithms. Antennas. 2018, no. 2, pp. 40–44. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.