Пространственная корреляционная функция сигналов в радиотехнических системах с фазированными антенными решетками

Введение. В современных мобильных космических системах связи в настоящее время не всегда удается добиться требуемой точности наведения главного луча диаграммы направленности на спутник-ретранслятор. В связи с этим актуальность задачи развития теории и методов построения систем наведения наземных станций особенно повышается. В статье представлен математический аппарат описания модели пространственной корреляционной функции (функции неопределенности) пространственно-временного сигнала, являющейся универсальной характеристикой, определяющей его влияние на основные качественные показатели радиотехнической системы.

Цель работы. На основе исследования формы объемного изображения модуля пространственной корреляционной функции в зависимости от направления прихода полезного сигнала определить размеры области высокой корреляции.

Материалы и методы. При исследовании функции неопределенности пространственно-временного сигнала использовались методы статистического моделирования. Расчеты проводились на ЭВМ с помощью пакета прикладной математики Mathcad 15.

Результаты. Обобщены результаты исследования объемного изображения модуля функции неопределенности пространственно-временного сигнала. Определены минимальные и максимальные значения ширины области высокой корреляции по угловым координатам, непосредственно влияющие на точность пеленгации спутника-ретранслятора графическим способом: при угле места равном нулю получено минимальное значение ширины функции корреляции θ_кор = θ_{кор min} = 7° и максимальная неопределенность по отношению к истинному значению азимута; θ_{кор max} = 12° получено на границе области сканирования диаграммы направленности при θ0 = 60°, при этом параметр A_{кор min} = 7°. Аналитический способ позволил получить: A_{кор min} ≈ 6° при θ₀ = 60°; A₀ = 90, 270° и θ_{кор min} ≈ 5° при θ₀ = 0°; A₀ = 0,180, 360°. Сформулированы выводы.

Заключение. Результаты исследований можно обобщить и использовать в мобильных системах космической связи с фазированными антенными решетками на этапе их разработки. Дальнейшие направления исследований могут быть нацелены на разработку комформных фазированных антенных решеток с управляемой диаграммой направленности.

1. Устройства СВЧ и антенны / Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, В. М. Максимов, Л. И. Пономарев; под ред. Д. И. Воскресенского. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Радиотехника, 2006. 376 с.

2. Хансен Р. С. Фазированные антенные решетки. 2-е изд. М.: Техносфера, 2012. 560 с.

3. Balanis C. A. Antenna Theory: Analysis and Design. 3rd ed. N. J.: John Willey & Sons, 2005. 1136 p.

4. Milligan T. A. Modern Antenna design. N. J.: John Wiley & Sons, 2005. 630 p.

5. Levin B. Antenna Engineering Theory and Problems. Boca Raton: CRC Press, 2017. 406 p.

6. Elliott R. S. Antenna Theory & Design. WileyIEEE Press, 2003. 612 p.

7. Пономарев Л. И., Степаненко В. И. Сканирующие многочастотные совмещенные антенные решетки. М.: Радиотехника, 2009. 328 с.

8. Вендик О. Г., Парнес М. Д. Антенны с электрическим сканированием. М.: Сайнс-пресс, 2001. 232 с.

9. Прокис Дж. Цифровая связь / пер. с англ.; под ред. Д. Д. Кловского. М.: Радио и связь, 2000. 800 с.

10. Скляр Б. Цифровая связь: Теоретические основы и практическое применение. М.: Вильямс, 2007. 1104 с.

11. Теоретические предложения по повышению помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов в каналах с переменными параметрами / С. В. Дворников, А. В. Пшеничников, А. Ф. Крячко, М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 2. С. 6–15. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-2-6-15

12. Научно-технические предложения по повышению помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов в каналах с переменными параметрами / М. Р. Бибарсов, С. В. Дворников, А. Ф. Крячко, А. В. Пшеничников // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 6. С. 6–15. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-6-6-15

13. Григорьев Л. Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. М.: Радиотехника, 2010. 144 с.

14. Тяпичев Г. Спутники и цифровая радиосвязь. М.: ТехБук, 2004. 288 с.

15. Бибарсов М. Р., Невейкин М. Е. Алгоритм оптимизации управления диаграммой направленности фазированной антенной решетки // Математические методы и модели в высокотехнологичном производстве: тез. докл. IV Междунар. форума: в 2 ч. / СПбГУАП. Санкт-Петербург, 2024. С. 351–352.

16. Бибарсов М. Р. Анализ функционирования цифровой фазированной антенной решетки при сокращении количества каналов адаптации // Волновая электроника и инфокоммуникационные системы: материалы XXVII Междунар. науч. конф. / СПбГУАП. Санкт-Петербург, 2024. С. 31–34.

17. Бибарсов М. Р. Обоснование применения адаптивных антенных решеток в системе управления летательными аппаратами. // Метрологическое обеспечение инновационных технологий: сб. ст. VI Междунар. форума / СПбГУАП. Санкт-Петербург, 2024. С. 52–53.

18. Фалькович С. Е. Оценка параметров сигналов. М.: Сов. радио, 1970. 336 с.

19. Синтез амплитудно-фазового распределения в квазикольцевой антенной решетке / М. Р. Бибарсов, Е. В. Грибанов, Д. Д. Габриэльян, Ден. С. Федоров, Дан. С. Федоров // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2017. Вып. 2. С. 28–33.

20. Влияние локально плоских искажений излучающего раскрыва на диаграмму направленности фазированной антенной решетки / М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова, Д. Д. Габриэльян, С. В. Дворников, Д. С. Федоров // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 1. С. 17–25. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-1-17-25

21. Влияние ошибок формирования амплитуднофазового распределения в раскрыве фазированной антенной решетки на точность пеленгации / М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова, Д. Д. Габриэльян, В. Н. Шацкий // Информация и космос. 2023. № 2. С. 18–23.

22. Бибарсов М. Р. Исследование влияния отказов фазовращателей на характеристики волноводнощелевой фазированной антенной решетки // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2024. Т. 27, № 1. С. 57–66. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-1-57-66

23. Синтез алгоритма оценки характеристик волноводно-щелевой антенной решетки при изменении фазировки антенных элементов / А. Ф. Крячко, Н. А. Гладкий, М. Р. Бибарсов, Б. А. Аюков // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2024. Т. 27, № 3. С. 42–51. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-3-42-51

24. Крячко А. Ф., Бибарсов М. Р., Аюков Б. А. Алгоритм моделирования изменения характеристик волноводно-щелевой антенной решетки при неисправностях фазовращателей // Тр. междунар. симп. "Надежность и качество", Пенза, 27 мая – 1 июня 2024 / Пензенский гос. ун-т. 2024. Т. 2. С. 472–474.