Оценка поляризационных и пространственных параметров сигнала источника радиоизлучения с помощью триортогональной антенны

Введение. Определение угловых координат принятой электромагнитной волны источника радиоизлучения (ИРИ) и оценка его параметров – основные задачи радиомониторинга. В настоящее время используются классические амплитудные, фазовые и корреляционные методы пеленгования ИРИ. Амплитудные методы заключаются в использовании направленных свойств антенны. Фазовый и корреляционный методы основываются на различии задержек сигналов, принимаемых разнесенными антенными элементами. В этой статье предлагается рассмотреть метод оценки пространственных параметров сигнала, основанный на ортогональности плоскости поляризации относительно направления распространения радиоволны.

Цель работы. Моделирование алгоритма оценки поляризационных и пространственных параметров сигнала ИРИ на основе фиксации трех проекций электромагнитного поля с помощью триортогональной антенны.

Материалы и методы. Математическое моделирование алгоритма пространственно-поляризационной обработки сигналов, принимаемых триортогональным антенным элементом в среде программирования MATLAB.

Результаты. По разработанной математической модели пространственно-поляризационного алгоритма обработки сигналов, полученных триортогональной антенной, построены зависимости оценки поляризационных и пространственных параметров принятой электромагнитной волны от отношения сигнал/шум в полосе 50 кГц. По полученным характеристикам определены максимальные СКО оценки азимута, угла места, коэффициента эллиптичности принятой волны и наклона эллипса поляризации. Также представлены сравнения среднего уровня потерь энергии принятого сигнала при обработке пространственнополяризационным алгоритмом и при приеме только вертикальной составляющей поля в зависимости от коэффициента эллиптичности и угла места. На основе сравнения удалось выявить, что пространственнополяризационная обработка позволяет использовать большую энергию поступающего сигнала, а максимальный эффект наблюдается на углах места больше 40°.

Заключение. Алгоритм пространственно-поляризационной обработки трех проекций электромагнитного поля дает возможность оценить пространственные и поляризационные параметры распространяющейся электромагнитной волны. Оценка возможна только при присутствии в сигнале обеих компонент поля: горизонтальной и вертикальной. При определении пространственных и поляризационных параметров волны можно выполнить пространственно-поляризационную фильтрацию сигнала, тем самым повысив его энергетические параметры.

1. Альперт Я. Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. 2-е изд. М.: Наука, 1972. 564 с.

2. Булатов Н. Д., Савин Ю. К. Статистические характеристики поляризационных замираний КВ сигнала // Электросвязь. 1971. № 2. С. 14–16.

3. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.

4. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973. 504 с.

5. Коршунов Д. В., Васильев А. С., Лапшин Э. В. Анализ факторов, влияющих на качество радиосвязи в КВ-диапазоне. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-faktorov-vliyayuschih-na-kachestvo-radiosvyazi-vkv-diapazone/viewer (дата обращения: 12.02.2023).

6. Компактные приземные антенны для поляризационно-избирательного приема в составе систем радиомониторинга / Д. В. Лучин, А. М. Плотников, А. П. Трофимов, В. В. Юдин // Электросвязь. 2015. № 8. С. 44–48.

7. Лучин Д. В., Сподобаев М. Ю. Системы ДКМВ радиосвязи: разработка, производство и перспективные решения // Вестн. Самарского аэрокосмического ун-та. 2014. Т. 44, № 2. С. 74–79.

8. Грибов Г. С. Перспективы использования двухполяризационных антенных элементов в составе антенных решеток для задач радиомониторинга // Научные, инженерные и производственные проблемы создания технических средств мониторинга электромагнитного поля с использованием инновационных технологий: Ⅴ науч.-техн. конф., СанктПетербург, 4–6 окт. 2023. СПб., 2024. С. 18–23.

9. Грибов Г. С. Математическое моделирование пространственно-поляризационных характеристик триортогонального антенного элемента для задач пеленгования КВ-диапазона // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 4. С. 95–105. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-4-95-105

10. Грибов Г. С. Экспериментальные исследования поляризационного метода пеленгования с помощью регистрации трех проекций электромагнитного поля // Инфокоммуникационные технологии в цифровом мире: сб. докл. 13-й науч.-техн. шк.- семинара, Санкт-Петербург, 12–16 дек. 2023. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2023. С. 62–66.

11. Демичев И. В., Родин Д. В. Научно-обоснованное предложение по технической реализации радиоприемного тракта для регистрации полного вектора электромагнитного поля // Материалы Всерос. науч.-практ. конф. "Проблемы и основные направления развития радиоэлектроники и образовательного процесса подготовки специалистов радиотехнических систем специального назначения", посвященной 60-летию ЧВВИУРЭ. 2017. № 4. С. 10–14.

12. Демичев И. В., Шмаков Н. П., Иванов А. В. Пространственно-поляризационная обработка радиосигналов в гиперкомплексном пространстве // Наукоемкие технологии. 2018. Т. 19, № 10. С. 25–29. doi: 10.18127/j19998465-201810-05

13. Дворников С. В., Конюховский В. С., Симонов А. Н. Способ частотно-пространственной селекции радиоизлучений с помощью триортогональной антенной системы // Информационно-управляющие системы. 2020. № 1. С. 63–72. doi: 10.31799/1684-8853-2020-1-63-72

14. Богдановский С. В., Симонов А. Н., Теслевич С. Ф. Поляризационный метод пеленгования источников радиоизлучения в пространстве //Наукоемкие технологии. 2016. Т. 17, № 12. С. 40–43.

15. Wong K. Direction finding/polarization estimation-dipole and/or loop triad(s) // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2001. Vol. 37, № 2. P. 679–684. doi:10.1109/7.937478

16. Lower bound of the estimation error of an emitter’s direction-of-arrival/polarization, for a collocated triad of orthogonal dipoles/loops that fail randomly / D. Kitavi, K. Wong, M. Zou, K. Agrawal // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2017. Vol. 11, iss. 7. P. 961–970. doi:10.1049/iet-map.2016.0918

17. Chintagunta S., Ponnusamy P. Integrated polarization and diversity smoothing algorithm for DOD and DOA estimation of coherent targets // IET Signal Processing. 2018. Vol. 12, iss. 4. P. 447–453. doi: 10.1049/iet-spr.2017.0276

18. Khan S., Wong K. Electrically Long Dipoles in a Crossed Pair for Closed-Form Estimation of an Incident Source’s Polarization // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. Vol. 67, № 8. P. 5569–5581. doi:10.1109/TAP.2019.2916581

19. Zheng G. Two-dimensional DOA estimation for polarization sensitive array consisted of spatially spread crossed-dipole // IEEE Sensors J. 2018. Vol. 18, iss. 12. P. 5014–5023. doi:10.1109/JSEN.2018.2820168