RU2730051C1 - Radiation pattern recovery method - Google Patents

Radiation pattern recovery method Download PDF

Info

Publication number
RU2730051C1
RU2730051C1 RU2020108311A RU2020108311A RU2730051C1 RU 2730051 C1 RU2730051 C1 RU 2730051C1 RU 2020108311 A RU2020108311 A RU 2020108311A RU 2020108311 A RU2020108311 A RU 2020108311A RU 2730051 C1 RU2730051 C1 RU 2730051C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
design
aperture
paa
phase
values
Prior art date
Application number
RU2020108311A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владлен Ильич Гусевский
Мария Дмитриевна Дупленкова
Евгений Алексеевич Никифоров
Ольга Николаевна Цветкова
Александр Семенович Чеботарев
Original Assignee
Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" filed Critical Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института"
Priority to RU2020108311A priority Critical patent/RU2730051C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2730051C1 publication Critical patent/RU2730051C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems

Abstract

FIELD: radio electronics.
SUBSTANCE: invention relates to radio electronics and can be used to extend the service life of radio complexes. In the method of reconstructing a radiation pattern (RP), determining
Figure 00000107
a function of model distribution of the field strength phase in a PAA aperture, at which the model radiation pattern –
Figure 00000108
coincides in the predetermined view sector (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) with deformed RP PAA – ƒd(θ, ϕ). Based on results of comparison of
Figure 00000109
with F0(x, y) – function of design distribution of field intensity in PAA aperture, phase corrections are determined and introduced into distribution of phase of intensity of electromagnetic field in aperture PAA, which provide forming ƒred(θ, ϕ) – reduced RP PAA, which in sector in review (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) coincides with design RP – f0(θ, ϕ). Disclosed is a special procedure for restoring the main lobe RP.
EFFECT: restoration of design RP flat PAA only on the basis of knowledge of design parameters of flat PAA and type of deformed RP.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для продления срока службы радиокомплексов путем восстановления деформированных в ходе эксплуатации диаграмм направленности фазированных антенных решеток, входящих в состав этих радиокомплексов.The invention relates to the field of electronics and can be used to extend the service life of radio complexes by restoring the directional patterns of the phased antenna arrays deformed during operation, which are part of these radio complexes.

Известно изобретение - способ компенсации деформаций диаграмм направленности (ДН) фазированных антенных решеток (ФАР) [1]. В известном способе компенсируют деформации ДН, вызванные изменениями положения излучающих элементов ФАР в ходе эксплуатации в результате механических или температурных воздействий. Целью является восстановление коэффициента усиления (КУ) ФАР до своего проектного значения. При данном способе для каждого антенного элемента случайным образом генерируется и устанавливается некоторое значение фазовой коррекции излучаемого поля. С помощью эталонной антенны определяют значение КУ ФАР, полученное после фазовой коррекции, и сравнивают его с проектным значением. Итерационный процесс повторяют в соответствии с генетическим алгоритмом до восстановления проектного значения КУ ФАР.Known invention is a method of compensating for deformations of directional patterns (DP) of phased antenna arrays (PAA) [1]. In the known method, the deformations of the antenna pattern are compensated for, caused by changes in the position of the radiating elements of the HEADLIGHTS during operation as a result of mechanical or temperature effects. The goal is to restore the PAA gain (KU) to its design value. With this method, for each antenna element, a certain value of the phase correction of the radiated field is randomly generated and set. With the help of a reference antenna, the value of the PA PAA obtained after phase correction is determined and compared with the design value. The iterative process is repeated in accordance with the genetic algorithm until the design value of the PA PAR is restored.

К недостаткам известного изобретения относятся:The disadvantages of the known invention include:

- необходимость использования дополнительной эталонной антенны для анализа качества восстановления ДН;- the need to use an additional reference antenna to analyze the quality of the pattern recovery;

- данный метод восстанавливает только величину коэффициента усиления в максимуме излучения, не учитывая такие существенные параметры восстанавливаемой ДН как направление главного лепестка ДН, ширину главного лепестка ДН, уровень боковых лепестков и т.д.- this method restores only the magnitude of the gain at the radiation maximum, without taking into account such essential parameters of the reconstructed pattern as the direction of the pattern's main lobe, the width of the pattern's main lobe, the level of side lobes, etc.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками аналога:Features of the present invention that match those of the analogue:

- определение и установка в антенных элементах компенсирующей фазовой коррекции, обеспечивающей восстановление проектных ДН ФАР.- determination and installation of compensating phase correction in the antenna elements, which ensures restoration of the design RP of the phased array.

Известно изобретение - способ адаптивного подавления пространственных помех [2] в котором предложен способ преобразования ДН антенн, наиболее близкий по своей технической сути к патентуемому изобретению, который принят за прототип настоящего изобретения. В известном изобретении по ρ0(х,у) - заданной функции нормированного амплитудного распределения основной поляризационной составляющей напряженности электромагнитного поля в апертуре плоской ФАР строится последовательность двумерных ортонормированных полиномов Pnm(x,y). Для каждого направления прихода помех (θij, ϕij), где i - номер бокового лепестка ДН, j - номер сектора в боковом лепестке; минимизируя функционал

Figure 00000001
где
Figure 00000002
- исходная энергетическая ДН антенны, λij - множители Лагранжа, находят значения Cnm - коэффициентов Фурье разложения функции фазового распределения поля в плоской апертуре антенны Ф(х,у) и определяют Ф(х,у) по формуле
Figure 00000003
, где k - волновое число свободного пространства, l - максимальный линейный размер апертуры антенны. Реализуют Ф(х,у) в апертуре антенны, что обеспечивает формирование провалов в ДН в направлениях прихода помех.Known invention - a method of adaptive suppression of spatial interference [2] in which a method is proposed for converting the antenna pattern, the closest in its technical essence to the patented invention, which is adopted as a prototype of the present invention. In the known invention, a sequence of two-dimensional orthonormal polynomials P nm (x, y) is constructed from ρ 0 (x, y), a given function of the normalized amplitude distribution of the main polarization component of the electromagnetic field strength in the aperture of a flat PAA. For each direction of interference arrival (θ ij , ϕ ij ), where i is the number of the side lobe of the pattern, j is the number of the sector in the side lobe; minimizing the functionality
Figure 00000001
Where
Figure 00000002
- the initial energy antenna pattern, λ ij - Lagrange multipliers, find the values of C nm - the Fourier coefficients of the expansion of the phase distribution function of the field in the flat aperture of the antenna Ф (x, y) and determine Ф (x, y) by the formula
Figure 00000003
, where k is the wavenumber of free space, l is the maximum linear size of the antenna aperture. F (x, y) is implemented in the antenna aperture, which ensures the formation of dips in the pattern in the directions of interference arrival.

К недостаткам прототипа относится то, что в нем не рассмотрена возможность использования предложенного способа преобразования ДН в задачах восстановления деформированных ДН антенн.The disadvantages of the prototype include the fact that it does not consider the possibility of using the proposed method for converting the antenna pattern in the problems of restoring deformed antenna patterns.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками прототипа:Features of the present invention that match those of the prototype:

- использование представления функции фазового распределения напряженности поля в апертуре антенны в виде разложения в ряд Фурье по ортогональным полиномам Pnm(x,y);- using the representation of the phase distribution function of the field strength in the antenna aperture in the form of an expansion in a Fourier series in orthogonal polynomials P nm (x, y);

- использование данных о проектных параметрах антенной системы и геометрических параметрах апертуре антенны;- use of data on the design parameters of the antenna system and geometric parameters of the antenna aperture;

- определение и установка в апертуре антенны необходимого фазового распределения электромагнитного поля, обеспечивающего формирование требуемой ДН.- determination and installation in the antenna aperture of the required phase distribution of the electromagnetic field, ensuring the formation of the required pattern.

Настоящее изобретение - способ восстановления диаграммы направленности решает задачу восстановления проектной ДН плоских ФАР, фазовое распределение поля в плоской апертуре которых деформировано в ходе эксплуатации.The present invention, a method for recovering the directional pattern, solves the problem of restoring the design RP of flat PARs, the phase distribution of the field in the flat aperture of which is deformed during operation.

Технический результат настоящего изобретения - обеспечение восстановления проектных ДН плоских ФАР. Задача восстановления ДН решается лишь на основе знания проектных параметров плоской ФАР и вида деформированной ДН. При восстановлении ДН не требуется знание искаженного фазового распределения в апертуре ФАР и использование дополнительной измерительной аппаратуры для контроля параметров восстановленной ДН. Для радиокомплексов, установленных на космических аппаратах (КА), изобретение дает возможность продлевать срок эксплуатации КА.The technical result of the present invention is to ensure the restoration of the design RP of flat PAR. The problem of reconstructing the antenna pattern is solved only on the basis of knowledge of the design parameters of a plane PAA and the type of deformed pattern. When reconstructing the pattern, knowledge of the distorted phase distribution in the phased array aperture and the use of additional measuring equipment to control the parameters of the recovered pattern are not required. For radio complexes installed on spacecraft (SC), the invention makes it possible to extend the life of the spacecraft.

Сущность патентуемого способа восстановления диаграммы направленности поясняется описанием примеров его реализации и чертежами, на которых представлены:The essence of the patented method for recovering the directional pattern is illustrated by a description of examples of its implementation and drawings, which show:

Фиг. 1. Схема многоэлементной плоской ФАР.FIG. 1. Scheme of a multi-element flat PAR.

Фиг. 2. Сравнение проектной, деформированной и восстановленной диаграмм направленности.FIG. 2. Comparison of design, deformed and reconstructed radiation patterns.

На фиг. 1, фиг. 2 введены следующие обозначения:FIG. 1, fig. 2 introduced the following notation:

1r - антенный элемент, 2r - управляемый фазовращатель антенного элемента 1r, 3 - СВЧ разветвитель, 4 - блок управления; 5 - проектная диаграмма направленности f0(θ,ϕ); 6 - деформированная диаграмма направленности fд(θ,ϕ); 7 - восстановленная диаграмма направленности fвoc(θ,ϕ).1 r - antenna element, 2 r - controlled phase shifter of the antenna element 1 r , 3 - microwave splitter, 4 - control unit; 5 - design directional diagram f 0 (θ, ϕ); 6 - deformed radiation pattern f d (θ, ϕ); 7 - reconstructed directional pattern f Voc (θ, ϕ).

Настоящее изобретение имеет различные варианты реализации. Выбор конкретной реализации настоящего изобретения обусловлен функциональными задачами, областью и условиями его практического использования.The present invention has various implementations. The choice of a specific implementation of the present invention is due to the functional objectives, scope and conditions of its practical use.

1. Способ восстановления диаграммы направленности, который обеспечивает восстановление ДН в заданном секторе обзора ДН и включает создание плоской ФАР, состоящей из антенных элементов 1r, управляемых фазовращателей 2r, СВЧ разветвителя 3 и блока управления 4 (см. Фиг. 1).1. A method for recovering the directional pattern, which ensures the restoration of the pattern in a given view sector of the pattern and includes the creation of a flat phased array, consisting of antenna elements 1 r , controlled phase shifters 2 r , microwave splitter 3 and control unit 4 (see Fig. 1).

Для плоской ФАР известны: ƒ0(θ,ϕ) - проектная энергетическая ДН, где θ,ϕ - сферические координаты точки наблюдения; (θ00) - направление главного лепестка проектной энергетической ДН; ƒд(θ,ϕ) - деформированная энергетическая ДН, возникшая в результате воздействий на ФАР при эксплуатации; (θдд) - направление главного лепестка деформированной энергетической ДН; (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) - сектор обзора ДН, в котором производят восстановление проектной ДН; δ - пороговое значение коэффициента несовпадения проектной и восстановленной диаграмм направленности в секторе (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2); Ω(х,у) - область апертуры плоской ФАР; х,у - координаты точки в плоскости апертуры ФАР; K - общее число антенных элементов; xr,yr - координаты фазовых центров антенных элементов под номерами r, где r=1, …, K; Ф0(х,у) - проектная функция распределения фазы напряженности электромагнитного поля в апертуре ФАР; Ф0(xr,yr) - значения Ф0(х,у), которые были установлены в апертуре в точках размещения антенных элементов под номерами r при вводе ФАР в эксплуатацию, где r=1, …, K, ρ0(х,у) - проектное амплитудное распределение напряженности электромагнитного поля в апертуре; Pnm(x,y) - множество ортонормированных гармоник, где (n,m) - номера гармоник; λ - рабочая длина волны.For a flat PAR, the following are known: ƒ 0 (θ, ϕ) is the design energy RP, where θ, ϕ are the spherical coordinates of the observation point; (θ 0 , ϕ 0 ) is the direction of the main lobe of the design energy BP; ƒ d (θ, ϕ) is the deformed energy DP, which arose as a result of impacts on the PAA during operation; (θ d , ϕ d ) - direction of the main lobe of the deformed energy pattern; (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ) - sector of the DP survey, in which the design DP is restored; δ is the threshold value of the coefficient of mismatch between the design and reconstructed radiation patterns in the sector (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ); Ω (x, y) - the area of the aperture of the flat PAR; x, y - coordinates of a point in the plane of the phased array aperture; K is the total number of antenna elements; x r , y r - coordinates of the phase centers of the antenna elements numbered r, where r = 1, ..., K; Ф 0 (x, y) is the design function of the distribution of the phase of the electromagnetic field strength in the phased array aperture; Ф 0 (x r , y r ) - the values of Ф 0 (x, y), which were installed in the aperture at the points of placement of the antenna elements numbered r when the HEADLIGHTS were put into operation, where r = 1, ..., K, ρ 0 ( x, y) - design amplitude distribution of the electromagnetic field strength in the aperture; P nm (x, y) is the set of orthonormal harmonics, where (n, m) are the harmonic numbers; λ is the working wavelength.

Множество Pnm(x,y) - это ортонормированные гармоники разложения функции ρ0(х,у) в области Ω(х,у), где (n,m) - номера гармоник, которые находят по известной методике [3].The set P nm (x, y) is the orthonormal harmonics of the expansion of the function ρ 0 (x, y) in the domain Ω (x, y), where (n, m) are the numbers of the harmonics, which are found by a well-known method [3].

Деформированную ДН для ФАР, обслуживание которых возможно на наземных площадках, измеряют по стандартным методикам.The deformed pattern for PAA, which can be serviced at ground sites, is measured according to standard methods.

Для ФАР, установленных на находящихся в эксплуатации КА, данные о ƒд(θ,ϕ) получают в ходе обработки данных полей специальных наземных измерителей (СПИ), позволяющих провести измерения величин сигналов радиолиний ФАР КА - СПИ в широком диапазоне значениях (θ,ϕ) [5, 6, 7].For the HEADLIGHTS installed on the spacecraft in operation, data on ƒ d (θ, ϕ) are obtained during the processing of data from the fields of special ground-based meters (SPI), which make it possible to measure the signal values of the PAA SC-SPI radio lines in a wide range of values (θ, ϕ ) [5, 6, 7].

Величину сектора обзора ДН - (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) устанавливает в соответствии со стоящими задачами пользователь ФАР, учитывая то, что с увеличением сектора обзора резко возрастает объем вычислительных процедур.The size of the view sector of the DN - (θ 1 θ ≤ 2 , ϕ 1 2 ) is set in accordance with the tasks at hand by the user of the HEADLIGHT, taking into account the fact that with an increase in the view sector the volume of computational procedures sharply increases.

При реализации способа восстановления диаграммы направленности определяют

Figure 00000004
- функцию модельного распределения фазы напряженности поля в апертуре ФАР, при котором модельная диаграмма направленности -
Figure 00000005
совпадает в секторе обзора (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) с деформированной энергетической ДН ФАР - ƒд(θ,ϕ). По результатам сравнения
Figure 00000006
и Ф0(х,у) определяют и вносят фазовые поправки в распределение фазы напряженности электромагнитного поля в апертуре ФАР, которые обеспечивают формирование ƒвос(θ,ϕ) - восстановленной ДН ФАР, которая в секторе обзора (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) совпадаете f0(θ,ϕ).When implementing the method for recovering the directional pattern, determine
Figure 00000004
is the function of the model distribution of the field strength phase in the phased array aperture, at which the model radiation pattern is
Figure 00000005
coincides in the viewing sector (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ) with the deformed energy RP of the HEADLIGHT - ƒ d (θ, ϕ). By comparison
Figure 00000006
and Ф 0 (x, y) determine and introduce phase corrections to the distribution of the phase of the electromagnetic field in the aperture of the HEADLIGHTS, which provide the formation of ƒos (θ, ϕ) - the reconstructed pattern of the HEADLIGHTS, which in the survey sector (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ) match f 0 (θ, ϕ).

В ходе реализации изобретения выполняют следующие операции.During the implementation of the invention, the following operations are performed.

Figure 00000007
представляют в виде отрезка ряда Фурье
Figure 00000008
, где
Figure 00000009
Figure 00000010
, где
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
- коэффициенты ряда Фурье.
Figure 00000007
are represented as a segment of the Fourier series
Figure 00000008
where
Figure 00000009
Figure 00000010
where
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
are the coefficients of the Fourier series.

Искомыми являются значения

Figure 00000014
,
Figure 00000015
,
Figure 00000016
и минимальные значения М, N, при которых достигается требуемое совпадение
Figure 00000017
с ƒд(θ,ϕ) в секторе обзора (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2).The values sought are
Figure 00000014
,
Figure 00000015
,
Figure 00000016
and the minimum values M, N at which the required coincidence is achieved
Figure 00000017
with ƒ d (θ, ϕ) in the viewing sector (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ).

При определении

Figure 00000018
,
Figure 00000019
используют то обстоятельство, что направление главного лепестка ДН задает
Figure 00000020
- линейная составляющая функции
Figure 00000021
.In determining
Figure 00000018
,
Figure 00000019
use the fact that the direction of the main lobe of the pattern
Figure 00000020
- linear component of the function
Figure 00000021
...

Поэтому в соответствие с [4] из системы уравнений:Therefore, in accordance with [4] from the system of equations:

Figure 00000022
Figure 00000022

по известному направлению главного лепестка деформированной ДН - (θдд) находят коэффициенты

Figure 00000023
,
Figure 00000024
где a 11, b01, b11 - коэффициенты линейных ортонормированных гармоник Р10(х,у)=a11x10, P01(x,y)=b11y+b01x+b10, и определяют функцию
Figure 00000025
.according to the known direction of the main lobe of the deformed pattern - (θ d , ϕ d ) find the coefficients
Figure 00000023
,
Figure 00000024
where a 11 , b 01 , b 11 are the coefficients of linear orthonormal harmonics P 10 (x, y) = a 11x + a 10 , P 01 (x, y) = b 11y + b 01x + b 10 , and determine the function
Figure 00000025
...

При определении

Figure 00000026
модельную диаграмму направленности -
Figure 00000027
представляют в виде
Figure 00000028
In determining
Figure 00000026
model radiation pattern -
Figure 00000027
represent in the form
Figure 00000028

Минимизируя, при известной функции

Figure 00000029
и фиксированных значениях М, N, функционал
Figure 00000030
Figure 00000031
, где
Figure 00000032
- величина комплексно сопряженная
Figure 00000033
, и последовательно увеличивая значения М, N, определяют минимальные значения
Figure 00000034
и
Figure 00000035
, где
Figure 00000036
при которых выполняется неравенство:
Figure 00000037
, где
Figure 00000038
. Неравенство:
Figure 00000039
является условием совпадения
Figure 00000040
с ƒд(θ,ϕ) в секторе обзора (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) с заданной точностью. По известным
Figure 00000041
определяют функцию
Figure 00000042
.Minimizing, for a known function
Figure 00000029
and fixed values of M, N, functional
Figure 00000030
Figure 00000031
where
Figure 00000032
- complex conjugate value
Figure 00000033
, and sequentially increasing the values of M, N, determine the minimum values
Figure 00000034
and
Figure 00000035
where
Figure 00000036
at which the inequality holds:
Figure 00000037
where
Figure 00000038
... Inequality:
Figure 00000039
is a match condition
Figure 00000040
with ƒ d (θ, ϕ) in the viewing sector (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ) with a given accuracy. According to famous
Figure 00000041
define the function
Figure 00000042
...

По формуле

Figure 00000043
, используя полученные значения
Figure 00000044
,
Figure 00000045
,
Figure 00000046
,
Figure 00000047
Figure 00000048
вычисляют
Figure 00000049
- значения
Figure 00000050
в точках размещения антенных элементов под номерами r, где r=1, …, K.According to the formula
Figure 00000043
using the obtained values
Figure 00000044
,
Figure 00000045
,
Figure 00000046
,
Figure 00000047
Figure 00000048
calculate
Figure 00000049
- values
Figure 00000050
at the points where the antenna elements are numbered r, where r = 1, ..., K.

Вычисляют

Figure 00000051
, где r=1, …, K, - значения фазовых поправок, при введении которых в деформированное распределения фазы напряженности поля в апертуре ФАР обеспечивается восстановление в секторе обзора (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) проектной диаграммы направленности ФАР.Calculate
Figure 00000051
, where r = 1, ..., K, are the values of the phase corrections, when introduced into the deformed distribution of the field strength phase in the phased array aperture, restoration in the viewing sector (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ) of the design phased array radiation patterns.

С помощью блока управления 4 и управляемых фазовращателей 2r в распределение фазы напряженности поля в точках апертуры ФАР с координатами xr, yr добавляют фазовый сдвиг ΔФr, где r=1, …, K.With the control of controlled phase shifters 4 and r 2 block in the phase distribution field intensity at points FAS aperture with coordinates x r, y r added phase shift ΔF r, where r = 1, ..., K.

2. Вторым вариантом патентуемого способа восстановления диаграммы направленности плоской фазированной антенной решетки, является его модификация в случаях, при которых восстанавливают только направление главного лепестка ДН.2. The second variant of the patented method for restoring the directional pattern of a planar phased array antenna is its modification in cases in which only the direction of the main lobe of the antenna pattern is restored.

При реализации данного варианта используют то, что направление главного лепестка ДН определяют только линейные элементы разложения функции распределения фазы напряженности поля в апертуре ФАР в ряд Фурье по линейным ортонормированным гармоникам Р10(х,у)=a11x10, P01(x,y)=b11y+b01x+b10.When implementing this option, it is used that the direction of the main lobe of the antenna pattern is determined only by linear elements of the expansion of the phase distribution function of the field strength in the PAA aperture in the Fourier series in terms of linear orthonormal harmonics P 10 (x, y) = a 11x + a 10 , P 01 (x , y) = b 11y + b 01x + b 10 .

В соответствие с [4] из системы уравнений:In accordance with [4] from the system of equations:

Figure 00000052
Figure 00000052

по известному направлению главного лепестка проектной ДН - (θ00) находят коэффициенты

Figure 00000053
,
Figure 00000054
, вычисляют
Figure 00000055
, где r=1, …, K, - значения линейной составляющей разложения проектной функции распределения фазы напряженности электромагнитного поля в апертуре ФАР в ряд Фурье.according to the known direction of the main lobe of the design BP - (θ 0 , ϕ 0 ), find the coefficients
Figure 00000053
,
Figure 00000054
, calculate
Figure 00000055
, where r = 1, ..., K, are the values of the linear component of the expansion of the design function of the distribution of the phase of the electromagnetic field strength in the PAA aperture in the Fourier series.

Из системы уравнений:From the system of equations:

Figure 00000056
Figure 00000056

по известному направлению главного лепестка деформированной ДН - (θдд) находят коэффициенты

Figure 00000057
,
Figure 00000058
, вычисляют
Figure 00000059
, где r=1, …, K, - значения линейной составляющей разложения деформированной функции распределения фазы напряженности электромагнитного поля в апертуре ФАР в ряд Фурье.according to the known direction of the main lobe of the deformed pattern - (θ d , ϕ d ) find the coefficients
Figure 00000057
,
Figure 00000058
, calculate
Figure 00000059
, where r = 1,…, K, are the values of the linear component of the expansion of the deformed phase distribution function of the electromagnetic field strength in the PAA aperture in the Fourier series.

Вычисляют значения

Figure 00000060
, где r=1, …, K, - значения фазовых поправок в деформированное распределения фазы напряженности поля в апертуре ФАР, при которых обеспечивается восстановление направления главного лепестка диаграммы направленности ФАР.Calculate values
Figure 00000060
, where r = 1,…, K, are the values of phase corrections to the deformed phase distribution of the field strength in the PAA aperture, at which the direction of the main lobe of the PAA radiation pattern is restored.

С помощью блока управления 4 и управляемых фазовращателей 2r в распределение фазы напряженности поля в точках апертуры ФАР с координатами xr,yr добавляют фазовый сдвиг ΔФr, где r=1, …, K.With the control of controlled phase shifters 4 and r 2 block in the phase distribution field intensity at points FAS aperture with coordinates x r, y r added phase shift ΔF r, where r = 1, ..., K.

Для подтверждения реализуемости и эффективности патентуемого способа восстановления диаграммы направленности было проведено математическое моделирование процедуры восстановления диаграммы направленности, результаты которого иллюстрируются на фиг. 2.To confirm the feasibility and effectiveness of the patented method for recovering the radiation pattern, mathematical modeling of the procedure for recovering the radiation pattern was carried out, the results of which are illustrated in Fig. 2.

Моделирование проводилось для линейной антенной решетки из 10 элементов (K=10), с межэлементным расстоянием xr-xr-1=λ/2, длиной решетки L=4,5λ. Проектная ДН с направлением главного лепестка θ0=0 показана на поз. 4 фиг. 2. Деформированная ДН с направлением главного лепестка θд=3.5 угловых градусов показана на поз. 5 фиг. 2.The simulation was carried out for a linear antenna array of 10 elements (K = 10), with the interelement distance x r -x r-1 = λ / 2, the array length L = 4.5λ. The design BP with the direction of the main lobe θ 0 = 0 is shown in pos. 4 fig. 2. The deformed BP with the direction of the main lobe θ d = 3.5 angular degrees is shown in pos. 5 fig. 2.

Восстановление ДН проводилось в секторе обзора (- 30 угл. град. ≤θ≤30 угл. град.) при заданном значении δ=5*10-4.The recovery of the pattern was carried out in the view sector (- 30 angular degrees. ≤θ≤30 angular degrees.) At a given value δ = 5 * 10 -4 .

Восстановленная ДН показана поз. 3 фиг. 2. При восстановлении в отрезка ряда Фурье

Figure 00000061
потребовалось учитывать три первые гармоники.The restored DN is shown in pos. 3 fig. 2. When restoring to a segment of the Fourier series
Figure 00000061
it was necessary to take into account the first three harmonics.

Как видно из фиг. 2 совпадение восстановленной и проектной диаграмм направленности в секторе обзора (-30 угл. град. ≤θ≤30 угл. град.) произведено с высокой точностью при реализованном значении δ=3*10-4.As seen in FIG. 2 the coincidence of the reconstructed and design directional patterns in the viewing sector (-30 angular degrees ≤θ≤30 angular degrees) was made with high accuracy with the realized value δ = 3 * 10 -4 .

Таким образом, патентуемый способ восстановления диаграммы направленности практически реализуем и обеспечивает объявленный технический результат - обеспечивает восстановление ДН лишь на основе знания проектных параметров плоской ФАР и вида деформированной ДН.Thus, the patented method for recovering the directional pattern is practically realizable and provides the declared technical result - it ensures the recovery of the pattern only on the basis of knowledge of the design parameters of the plane PAA and the type of the deformed pattern.

ЛитератураLiterature

1. Seong-Ho Son, Soon-Young EomDaen, Soon-IkJeon, Woon-Bong Hwang, US 7,994,980 B21. Seong-Ho Son, Soon-Young EomDaen, Soon-IkJeon, Woon-Bong Hwang, US 7,994,980 B2

2. Патент №2488928 Российская Федерация, МПК H01Q 21/00. Способ адаптивного подавления пространственных помех / Бондарев В.Е., Гусевский В.И., Дупленкова М.Д.; заявитель и патентообладатель АО "ОКБ МЭИ" - №2012137999, заявл. 06.09.2012; опубл. 27.07.2013 Бюл. №21.2. Patent No. 2488928 Russian Federation, IPC H01Q 21/00. Method of adaptive suppression of spatial noise / Bondarev V.E., Gusevsky V.I., Duplenkova M.D .; applicant and patentee of OKB MEI JSC - No. 2012137999, app. 09/06/2012; publ. 07/27/2013 Bul. No. 21.

3. Суетин П.К., Ортогональные многочлены по двум переменным. М.: Наука, 1976 г., стр. 323. Suetin PK, Orthogonal polynomials in two variables. M .: Science, 1976, p. 32

4. Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф., Гусевский В.И. Конструктивные методы аппроксимации в теории антенн. - М.: Сайнс-пресс, 2005, стр. 3634. Zelkin E.G., Kravchenko V.F., Gusevsky V.I. Constructive approximation methods in antenna theory. - M .: Sains-press, 2005, p. 363

5. TerraSAR-X Calibration Results. М. Schwerdt; В. Brautigam; М. Bachmann; В. Doring; D. Schrank; J. Hueso Gonzalez. IGARSS 2008 - 2008 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 7-11 July 2008.5. TerraSAR-X Calibration Results. M. Schwerdt; B. Brautigam; M. Bachmann; B. Doring; D. Schrank; J. Hueso Gonzalez. IGARSS 2008 - 2008 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 7-11 July 2008.

6. TerraSAR-X Antenna Calibration and MonitoringBased on a Precise Antenna Model. Markus Bachmann, Marco Schwerdt, and Benjamin

Figure 00000062
. IEEE TRANSACTIONS ON GEOSOENCE AND REMOTE SENSING, VOL. 48, NO. 2, FEBRUARY 2010.6. TerraSAR-X Antenna Calibration and Monitoring Based on a Precise Antenna Model. Markus Bachmann, Marco Schwerdt, and Benjamin
Figure 00000062
... IEEE TRANSACTIONS ON GEOSOENCE AND REMOTE SENSING, VOL. 48, NO. 2, FEBRUARY 2010.

7. IN-ORBIT CALIBRATION OF THE TANDEM-X SYSTEM. Marco Schwerdt, Jaime Hueso Gonzalez, Markus Bachmann, et al. 2011 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium.7. IN-ORBIT CALIBRATION OF THE TANDEM-X SYSTEM. Marco Schwerdt, Jaime Hueso Gonzalez, Markus Bachmann, et al. 2011 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium.

Claims (2)

1. Способ восстановления диаграммы направленности включает создание плоской фазированной антенной решетки (ФАР), состоящей из антенных элементов, управляемых фазовращателей, СВЧ разветвителя и блока управления, для плоской ФАР известны: ƒ0(θ,ϕ) - проектная энергетическая диаграмма направленности (ДН), где θ,ϕ - сферические координаты точки наблюдения; (θ00) - направление главного лепестка проектной энергетической ДН; ƒд(θ,ϕ) - деформированная энергетическая ДН: (θдд) - направление главного лепестка деформированной энергетической ДН; (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2) - сектор обзора, в котором производят восстановление проектной ДН; δ - пороговое значение коэффициента несовпадения проектной и восстановленной диаграмм направленности в секторе (θ1≤θ≤θ2, ϕ1≤ϕ≤ϕ2); Ω(x,y) - область апертуры плоской ФАР; х,у - координаты точки в плоскости апертуры ФАР; K - общее число антенных элементов; xr,yr - координаты фазовых центров антенных элементов под номерами r, где r=1, …, K.; Ф0(х,у) - проектная функция распределения фазы напряженности электромагнитного поля в апертуре ФАР; Ф0(xr,yr) - значения Ф0(х,у) в точках размещения антенных элементов под номерами r, где r=1, …, K; ρ0(х,у) - проектное амплитудное распределение напряженности электромагнитного поля в апертуре ФАР; Pnm(x,y) - множество ортонормированных гармоник, где (n,m) - номера гармоник; λ - рабочая длина волны, отличающийся тем, что
Figure 00000063
- модельную функцию распределения фазы напряженности поля в апертуре ФАР представляют в виде отрезка ряда Фурье
Figure 00000064
, где
Figure 00000065
Figure 00000066
,
Figure 00000067
,
Figure 00000068
,
Figure 00000069
- коэффициенты ряда Фурье, из системы уравнений
Figure 00000070
находят коэффициенты
Figure 00000071
,
Figure 00000072
, где а 11, b01, b11 - коэффициенты линейных ортонормированных гармоник P10(x,y)=a11x+a10, P01(x,y)=b11y+b01x+b10, определяют функцию
Figure 00000073
, модельную диаграмму направленности -
Figure 00000074
представляют в виде
Figure 00000075
Figure 00000076
, минимизируя, при известной функции
Figure 00000077
и фиксированных значениях М, N, функционал
Figure 00000078
Figure 00000079
, где
Figure 00000080
- величина комплексно сопряженная
Figure 00000081
и последовательно увеличивая значения М, N, определяют минимальные значения
Figure 00000082
и
Figure 00000083
где
Figure 00000084
Figure 00000085
при которых выполняется неравенство:
Figure 00000086
, где
Figure 00000087
определяют функцию
Figure 00000088
, вычисляют
Figure 00000089
- значения
Figure 00000090
в точках размещения антенных элементов под номерами r, где r=1, …, K, вычисляют
Figure 00000091
, где r=1, …, K, с помощью блока управления и управляемых фазовращателей в распределение фазы напряженности поля в точках апертуры ФАР с координатами xr, yr добавляют фазовый сдвиг ΔФr, где r=1, …, K.
1. The method of restoration of the radiation pattern includes the creation of a flat phased antenna array (PAR), consisting of antenna elements, controlled phase shifters, a microwave splitter and a control unit, for a flat PAR are known: ƒ 0 (θ, ϕ) - design energy radiation pattern , where θ, ϕ are the spherical coordinates of the observation point; (θ 0 , ϕ 0 ) is the direction of the main lobe of the design energy BP; ƒ d (θ, ϕ) - deformed energy MD: (θ d , ϕ d ) - direction of the main lobe of the deformed energy MD; (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ) - the survey sector in which the design BP is restored; δ is the threshold value of the coefficient of mismatch between the design and reconstructed radiation patterns in the sector (θ 1 ≤θ≤θ 2 , ϕ 1 ≤ϕ≤ϕ 2 ); Ω (x, y) is the aperture area of the flat PAA; x, y - coordinates of a point in the plane of the phased array aperture; K is the total number of antenna elements; x r , y r - coordinates of the phase centers of antenna elements numbered r, where r = 1,…, K .; Ф 0 (x, y) is the design function of the distribution of the phase of the electromagnetic field strength in the phased array aperture; Ф 0 (x r , y r ) - the values of Ф 0 (x, y) at the points of placement of antenna elements numbered r, where r = 1, ..., K; ρ 0 (x, y) - design amplitude distribution of the electromagnetic field strength in the phased array aperture; P nm (x, y) is the set of orthonormal harmonics, where (n, m) are the harmonic numbers; λ - operating wavelength, characterized in that
Figure 00000063
- the model function of the phase distribution of the field strength in the PAA aperture is represented as a segment of the Fourier series
Figure 00000064
where
Figure 00000065
Figure 00000066
,
Figure 00000067
,
Figure 00000068
,
Figure 00000069
are the coefficients of the Fourier series, from the system of equations
Figure 00000070
find the coefficients
Figure 00000071
,
Figure 00000072
, where a 11 , b 01 , b 11 are the coefficients of linear orthonormal harmonics P 10 (x, y) = a 11x + a 10 , P 01 (x, y) = b 11y + b 01x + b 10 , define the function
Figure 00000073
, the model radiation pattern -
Figure 00000074
represent in the form
Figure 00000075
Figure 00000076
minimizing, for a known function
Figure 00000077
and fixed values of M, N, functional
Figure 00000078
Figure 00000079
where
Figure 00000080
- complex conjugate value
Figure 00000081
and successively increasing the values of M, N, determine the minimum values
Figure 00000082
and
Figure 00000083
Where
Figure 00000084
Figure 00000085
at which the inequality holds:
Figure 00000086
where
Figure 00000087
define the function
Figure 00000088
, calculate
Figure 00000089
- values
Figure 00000090
at the points of placement of antenna elements numbered r, where r = 1, ..., K, calculate
Figure 00000091
Where r = 1, ..., K, with the control unit and the controllable phase shifters in the phase distribution of field intensity at points FAS aperture with coordinates x r, y r added phase shift ΔF r, where r = 1, ..., K.
2. Способ восстановления диаграммы направленности плоской фазированной антенной решетки по п. 1, отличающийся тем, что, восстанавливают направление главного лепестка ДН, для чего из системы уравнений
Figure 00000092
, где а 11, b01, b11 - коэффициенты известных линейных ортонормированных гармоник Р10(х,у)=a11x10, P01(x,y)=b11y+b01x+b10, находят коэффициенты
Figure 00000093
,
Figure 00000094
, вычисляют
Figure 00000095
, где r=1, …, K, из системы уравнений
Figure 00000096
, находят коэффициенты
Figure 00000097
Figure 00000098
вычисляют
Figure 00000099
где r=1, …, K, вычисляют значения
Figure 00000100
где r=1, …, K.
2. A method for restoring the directional pattern of a flat phased antenna array according to claim 1, characterized in that, the direction of the main lobe of the antenna pattern is restored, for which from the system of equations
Figure 00000092
, where a 11 , b 01 , b 11 are the coefficients of the known linear orthonormal harmonics P 10 (x, y) = a 11x + a 10 , P 01 (x, y) = b 11y + b 01x + b 10 , find the coefficients
Figure 00000093
,
Figure 00000094
, calculate
Figure 00000095
, where r = 1, ..., K, from the system of equations
Figure 00000096
, find the coefficients
Figure 00000097
Figure 00000098
calculate
Figure 00000099
where r = 1, ..., K, calculate the values
Figure 00000100
where r = 1,…, K.
RU2020108311A 2020-02-26 2020-02-26 Radiation pattern recovery method RU2730051C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020108311A RU2730051C1 (en) 2020-02-26 2020-02-26 Radiation pattern recovery method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020108311A RU2730051C1 (en) 2020-02-26 2020-02-26 Radiation pattern recovery method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730051C1 true RU2730051C1 (en) 2020-08-14

Family

ID=72086171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020108311A RU2730051C1 (en) 2020-02-26 2020-02-26 Radiation pattern recovery method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730051C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116381361A (en) * 2023-03-24 2023-07-04 西安电子科技大学 Plane near-field antenna directional diagram measuring device and measuring method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6150993A (en) * 1999-03-25 2000-11-21 Zenith Electronics Corporation Adaptive indoor antenna system
RU2488928C1 (en) * 2012-09-06 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Adaptive spatial interference cancellation method
RU2669385C1 (en) * 2018-03-14 2018-10-11 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Phase-based direction finding method
RU2691663C1 (en) * 2018-02-12 2019-06-17 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of constructing antenna array with stepped aperture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6150993A (en) * 1999-03-25 2000-11-21 Zenith Electronics Corporation Adaptive indoor antenna system
RU2488928C1 (en) * 2012-09-06 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Adaptive spatial interference cancellation method
RU2691663C1 (en) * 2018-02-12 2019-06-17 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of constructing antenna array with stepped aperture
RU2669385C1 (en) * 2018-03-14 2018-10-11 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Phase-based direction finding method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116381361A (en) * 2023-03-24 2023-07-04 西安电子科技大学 Plane near-field antenna directional diagram measuring device and measuring method thereof
CN116381361B (en) * 2023-03-24 2024-01-19 西安电子科技大学 Plane near-field antenna directional diagram measuring device and measuring method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7053272B2 (en) Broadband beam expansion for phased array antenna systems
Ng et al. A flexible array synthesis method using quadratic programming
RU2730051C1 (en) Radiation pattern recovery method
Sayidmarie et al. Performance of a wide angle and wide band nulling method for phased arrays
Sharifi et al. Development a new algorithm to reduce SLL of an equally spaced linear array
CN111817766B (en) Beam forming method of combined array antenna unit directional diagram
Muralidharan et al. QPSO versus BSA for failure correction of linear array of mutually coupled parallel dipole antennas with fixed side lobe level and VSWR
Colon-Diaz et al. Mutual coupling analysis for colocated MIMO radar applications using CEM modeling
CN110600890B (en) Conformal array low sidelobe directional diagram comprehensive method and system based on aperture field inversion
Bachmann et al. The TerraSAR-X antenna model approach
CN111257871B (en) Single-antenna radiation source design method for microwave staring correlated imaging
Kim et al. High impedance holographic metasurfaces for conformal and high gain antenna applications
Ram et al. Craziness particle swarm optimization based hyper beamforming of linear antenna arrays
Apriono et al. Near-field to far-field transformation of cylindrical scanning antenna measurement using two dimension fast-fourier transform
Obukhovets Antenna array iterative synthesis algorithm
Vouras et al. Optimized sparse sampling lattices
Salonen et al. Optimal virtual element patterns for adaptive arrays
Bleiders Electromagnetic model of dual reflector radio telescope based on laser scanning survey
Chou et al. Feed array synthesis for reflector antennas in contoured beam applications via an efficient and novel Gaussian beam technique
Pautz et al. Multiple target detection using Rotman lens beamforming
Chou An efficient synthesis approach for electromagnetic near-and far-field contoured patterns using alternative narrow-beam field functions transformed from the radiations of linearly excited array antennas with least computational complexity
Bourges et al. A simple pattern correction approach for high frequency surface wave radar on buoys
Cetiner et al. A non-conventional planar phased array based on the field equivalence principle for wide angle steering of Gaussian beams
Tohidi et al. A fast and novel method of pattern synthesis for non-uniform phased array antennas
Ganesh et al. A Fourier phase mode approach for Chebyshev pattern synthesis in circular antenna array