RU2804836C1 - Method and system for determining antenna characteristics at measuring site - Google Patents
Method and system for determining antenna characteristics at measuring site Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804836C1 RU2804836C1 RU2023112094A RU2023112094A RU2804836C1 RU 2804836 C1 RU2804836 C1 RU 2804836C1 RU 2023112094 A RU2023112094 A RU 2023112094A RU 2023112094 A RU2023112094 A RU 2023112094A RU 2804836 C1 RU2804836 C1 RU 2804836C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- radio
- measuring
- under study
- measuring site
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиоизмерений, которое используется для выполнения антенных измерений (построение диаграммы направленности и определение поляризации радиоизлучающих систем), исследований электромагнитной обстановки и измерений предельно допустимых уровней электромагнитного излучения радиочастотного диапазона для работающего персонала в условиях организаций, где проходят испытания или осуществляется эксплуатация радиоэлектронных средств (РЭС), в том числе установленных на подвижном носителе. The invention relates to the field of radio measurements, which is used to perform antenna measurements (constructing a radiation pattern and determining the polarization of radio-emitting systems), studying the electromagnetic environment and measuring the maximum permissible levels of electromagnetic radiation in the radio frequency range for working personnel in organizations where radio-electronic equipment is being tested or operated (RES), including those installed on a mobile carrier.
Метод вышки является наиболее распространенным для антенных измерений, однако для его использования в организациях, где проводятся испытания и эксплуатация РЭС, не всегда возможна постройка специальной вышки. В свою очередь, перемещение носителя РЭС на оборудованную измерительную площадку не всегда осуществимо или целесообразно. The tower method is the most common for antenna measurements, however, for its use in organizations where testing and operation of electronic distribution systems is carried out, it is not always possible to build a special tower. In turn, moving the RES carrier to an equipped measuring site is not always feasible or advisable.
Применение облетных методов измерений является технически сложным и дорогостоящим, использование пилотируемых летательных аппаратов (ЛА) ограничено требованиями безопасности полетов, а использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в общем случае возможно при доступности сигналов спутниковых навигационных систем и наличии командной радиолинии управления. Кроме того, для выполнения облета РЭС требуется получение разрешения на использование воздушного пространства, а также должны обеспечиваться соответствующие метеорологические условия.The use of overflight measurement methods is technically complex and expensive, the use of manned aircraft is limited by flight safety requirements, and the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) is generally possible with the availability of satellite navigation system signals and the presence of a command radio control line. In addition, to fly over RES, permission to use the airspace must be obtained, and appropriate meteorological conditions must be ensured.
Принципиально облетные методы с применением БПЛА могут быть использованы в экранированном помещении больших размеров (ангаре, цехе), однако их реализации препятствует отсутствие сигнала спутниковых навигационных систем.In principle, flight methods using UAVs can be used in a large shielded room (hangar, workshop), but their implementation is hampered by the lack of a signal from satellite navigation systems.
Аналогом изобретения является индукционная система наведения колесного транспортного робота (Козырев Ю.Г. «Промышленные роботы: справочник», 2-е изд. перераб. и доп. М. Машиностроение. 1988. 392 с; Тимофеев А.В. «Адаптивные робототехнические системы», Л. Машиностроение. 1988. 332 с.), в которой траектория движения внутри помещения задается электромагнитным полем, создаваемым переменным низкочастотным электрическим током, протекающим через кабель, проложенный под полом помещения, а на борту робота установлены приемные катушки, сигналы от которых пропорциональны отклонению робота от траектории и после усиления передаются в систему управления, формирующую команды, выдаваемые в ходовую часть. Модуляция частоты переменного тока, подаваемого по кабелю, позволяет передавать роботу информацию о параметрах его движения. Недостатком аналога является то, что используется токоведущий кабель, для функционирования которого необходим генератор переменного тока, сложность обеспечения электромагнитной совместимости оборудования, потеря работоспособности в случае обрыва токоведущего кабеля, а также узкая область применения этой системы в промышленной робототехнике.An analogue of the invention is an induction guidance system for a wheeled transport robot (Kozyrev Yu.G. “Industrial robots: a reference book”, 2nd ed. revised and supplemented. M. Mechanical Engineering. 1988. 392 p.; Timofeev A.V. “Adaptive robotic systems ", L. Mechanical Engineering. 1988. 332 p.), in which the trajectory of movement inside the room is set by an electromagnetic field created by an alternating low-frequency electric current flowing through a cable laid under the floor of the room, and receiving coils are installed on board the robot, the signals from which are proportional deviation of the robot from the trajectory and, after amplification, are transmitted to the control system, which generates commands issued to the chassis. Modulation of the frequency of the alternating current supplied through the cable allows you to transmit information to the robot about the parameters of its movement. The disadvantage of the analogue is that it uses a current-carrying cable, the operation of which requires an alternating current generator, the difficulty of ensuring electromagnetic compatibility of the equipment, loss of functionality in the event of a break in the current-carrying cable, as well as the narrow scope of application of this system in industrial robotics.
Аналогом изобретения является система вождения и навигации сухопутного транспорта (RU пат. 2596244 «Арктическая подводная навигационная система для вождения и навигационного обеспечения надводных и подводных объектов навигации в стесненных условиях плавания»), содержащая проложенный по дну ведущий кабель, береговой генератор тока и судовую аппаратуру, отличающаяся тем, что дополнительно вдоль трассы кабеля установлены, по меньшей мере, два гидроакустических маяка с различающимися частотами излучения импульсных сигналов, синхронизированных по тому же кабелю, при этом судовая аппаратура выполнена с возможностью определения положения объекта вдоль кабеля по гиперболическим изолиниям, соответствующим измеренным разностям времен прохождения сигналов от пары гидроакустических маяков, координаты которых заведомо известны.An analogue of the invention is a system for driving and navigation of land transport (RU Pat. 2596244 “Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of surface and underwater navigation objects in cramped navigation conditions”), containing a leading cable laid along the bottom, a coastal current generator and ship equipment, characterized in that, additionally, at least two hydroacoustic beacons with different emission frequencies of pulse signals synchronized along the same cable are installed along the cable route, while the ship equipment is configured to determine the position of an object along the cable using hyperbolic isolines corresponding to the measured time differences the passage of signals from a pair of hydroacoustic beacons, the coordinates of which are known.
Недостатком этого аналога является использование токоведущего кабеля, обрыв которого приводит к потере работоспособности и узкая область применения этой системы, ограниченная морской навигацией и судовождением.The disadvantage of this analogue is the use of a current-carrying cable, the break of which leads to loss of performance and the narrow scope of application of this system, limited to marine navigation and navigation.
Аналогом изобретения является система вождения и навигации сухопутного транспорта (RU пат. 2652167 «Арктическая система вождения и навигационного обеспечения наземного транспорта») в которой на магистральных дорогах имеется подземный токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока, выполняющий функцию навигационного обозначения трассы, а также бортовая регистрирующая аппаратура, включающая два ортогонально расположенных в горизонтальной плоскости транспортного средства индукционных магнитоприемника, и бортовое устройство регистрации параметров магнитной составляющей электромагнитного поля, генерируемого подземным токоведущим кабелем. Данная система также может включать расположенные вдоль региональной дороги металломинерализированные грунтовые дорожки, железобетонные плиты с ориентированной вдоль региональной дороги металлической арматурой, обесточенные металлосодержащие кабели и другие металлосодержащие подземные коммуникации, а также бортовую аппаратуру, содержащую детектор металлов, и бортовое устройство регистрации параметров детекции, подключенное к указанному детектору. При реализации системы для группы островов архипелага, а также организации трассы между островами и материком может быть использован токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока, обеспечивающий вождение водоизмещающих транспортных средств типа амфибий, а также неводоизмещающих транспортных средств, при этом навигационное сопровождение дополнительно обеспечено телеметрической информацией обозначения, например, наименованием островов или объектов инфраструктуры.An analogue of the invention is a system for driving and navigation of land transport (RU Pat. 2652167 “Arctic system for driving and navigation support of land transport”) in which on main roads there is an underground current-carrying cable connected to an alternating current generator that performs the function of navigation marking the route, as well as an on-board recording equipment, including two induction magnetic receivers orthogonally located in the horizontal plane of the vehicle, and an on-board device for recording the parameters of the magnetic component of the electromagnetic field generated by the underground current-carrying cable. This system may also include metal-mineralized dirt paths located along the regional road, reinforced concrete slabs with metal reinforcement oriented along the regional road, de-energized metal-containing cables and other metal-containing underground communications, as well as on-board equipment containing a metal detector, and an on-board device for recording detection parameters connected to to the specified detector. When implementing a system for a group of islands of an archipelago, as well as organizing a route between the islands and the mainland, a current-carrying cable connected to an alternating current generator can be used, ensuring the driving of displacement vehicles such as amphibians, as well as non-displacement vehicles, while navigation support is additionally provided with telemetric information designations, for example, the names of islands or infrastructure facilities.
Недостатки аналога состоят в жестких требованиях к ортогональности пространственного размещения индукционных магнитоприемников, отсутствии возможности определить величину отклонения от траектории, необходимости использования генератора переменного тока, сложность обеспечения электромагнитной совместимости и потеря работоспособности в случае обрыва токоведущего кабеля.The disadvantages of the analogue are the strict requirements for the orthogonality of the spatial placement of induction magnetic receivers, the inability to determine the magnitude of the deviation from the trajectory, the need to use an alternating current generator, the difficulty of ensuring electromagnetic compatibility and loss of performance in the event of a break in the current-carrying cable.
Известен, также, способ определения антенных характеристик на измерительной площадке, путём установки исследуемой антенны над поверхностью измерительной площадки, и определения антенных характеристик с использованием размещённых на измерительной площадке, с возможностью перемещения и позиционирования относительно исследуемой антенны, антенно-фидерной системы, соединённой с радиоизмерительным оборудованием и блоком регистрации и хранения данных, и устройство для его осуществления включающее исследуемую антенну, транспортное средство, оснащенное радиоизмерительным оборудованием и блоком регистрации и хранения данных, а также подъёмником, на котором установлена антенно-фидерная система.There is also a known method for determining antenna characteristics on a measuring site, by installing the antenna under test above the surface of the measuring site, and determining antenna characteristics using an antenna-feeder system located on the measuring site, with the ability to move and position relative to the antenna under study, connected to radio measuring equipment. and a data recording and storage unit, and a device for its implementation, including the antenna under study, a vehicle equipped with radio measuring equipment and a data recording and storage unit, as well as a lift on which the antenna-feeder system is installed.
(Патент RU №2638079, МПК G01R 29/10, 2016 г.)(RU Patent No. 2638079, IPC G01R 29/10, 2016)
Данное изобретение по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предложенному техническому решению, и, поэтому, принято в качестве его прототипа.This invention, in terms of its technical essence and achieved result, is closest to the proposed technical solution, and, therefore, is accepted as its prototype.
Известный способ и устройство для его осуществления предназначены для измерительных площадок, где исследуемая антенна подвижного объекта, находящаяся на некоторой высоте от поверхности измерительного участка, подключена к выходу передатчика, включающего программируемый генератор радиосигналов (ПГР) и широкополосный усилитель мощности (ШУМ), через который один выход ПГР связан с исследуемой антенной, а второй выход вместе с выходами навигационных датчиков объекта и его приемника GPS/ГЛОНАСС подключены к системе измерения объекта (СИО). Радиосигналы, излученные антенной объекта при вращении по азимуту, принимают две измерительные антенны ортогональной поляризации передвижного наземного измерительного пункта (НИП), установленные на телескопической мачте с изменяемой высотой установки. Измерительные антенны подключены к анализатору спектра, выходы которого и выходы приемника GPS/ГЛОНАСС НИП подключены к ЭВМ управления и регистрации. Синхронизация результатов измерений обеспечивается в процедуре слияния данных ЭВМ по единому времени UTC приемников GPS/ГЛОНАСС из состава СИО и НИП. В центре круговых траекторий на одинаковой высоте с исследуемой антенной дополнительно установлена вспомогательная антенна, предназначенная для излучения тестового радиосигнала при измерении коэффициента отражения поверхности измерительного участка и зависимости уровня радиосигнала от дальности.The known method and device for its implementation are intended for measuring sites, where the antenna of a moving object under study, located at a certain height from the surface of the measuring site, is connected to the output of a transmitter, including a programmable radio signal generator (PRG) and a broadband power amplifier (NOISE), through which one The PGR output is connected to the antenna under study, and the second output, together with the outputs of the object’s navigation sensors and its GPS/GLONASS receiver, is connected to the object measurement system (IMS). Radio signals emitted by the object's antenna when rotating in azimuth are received by two measuring antennas of orthogonal polarization of a mobile ground-based measuring station (GMS), mounted on a telescopic mast with variable installation height. The measuring antennas are connected to a spectrum analyzer, the outputs of which and the outputs of the NIP GPS/GLONASS receiver are connected to a control and registration computer. Synchronization of measurement results is ensured in the procedure of merging computer data using a single UTC time from GPS/GLONASS receivers from the SIO and NIP. In the center of the circular trajectories, at the same height as the antenna under study, an auxiliary antenna is additionally installed, designed to emit a test radio signal when measuring the reflectivity of the surface of the measuring section and the dependence of the radio signal level on the range.
Недостатком указанного прототипа является обязательная доступность навигационного сигнала спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС, измерение диаграммы направленности только в азимутальной плоскости, а также техническая сложность реализации.The disadvantage of this prototype is the mandatory availability of the navigation signal of GPS/GLONASS satellite systems, measurement of the radiation pattern only in the azimuthal plane, as well as the technical complexity of implementation.
Задачей разработки является создание способа и системы определения антенных характеристик (построения диаграммы направленности и определения поляризации радиоизлучающих систем), позволяющих отказаться от использования спутниковых навигационных систем для позиционирования измерительных антенн, с одновременным упрощением технологии измерений и конструкции применяемого оборудования.The objective of the development is to create a method and system for determining antenna characteristics (constructing a radiation pattern and determining the polarization of radio-emitting systems), which makes it possible to abandon the use of satellite navigation systems for positioning measuring antennas, while simultaneously simplifying the measurement technology and the design of the equipment used.
Решением поставленной задачи является способ определения антенных характеристик на измерительной площадке, путём установки исследуемой антенны над поверхностью измерительной площадки, и определения антенных характеристик с использованием размещённых на измерительной площадке, с возможностью перемещения и позиционирования относительно исследуемой антенны, антенно-фидерной системы, соединённой с радиоизмерительным оборудованием и блоком регистрации и хранения данных, при этом, на измерительной площадке устанавливают расположенные ортогонально друг другу однопроводные линии радиопередачи, вблизи фазового центра исследуемой антенны устанавливают выносной радиолокационный уголковый отражатель, позиционирование антенно-фидерной системы относительно исследуемой антенны осуществляют посредством регистрации радиоприемным блоком вторичного излучения однопроводных линий радиопередачи, возбуждаемых радиопередающим блоком, влияние отражения радиосигнала от поверхности измерительного участка учитывают путем анализа радиосигнала, сформированного программируемым радиопередающим блоком и отраженного от выносного радиолокационного уголкового отражателя, а также система определения антенных характеристик на измерительной площадке по предложенному способу, включающая исследуемую антенну, транспортное средство, оснащенное радиоизмерительным оборудованием и блоком регистрации и хранения данных, а также подъёмником, на котором установлена антенно-фидерная система, при этом на поверхности измерительной площадки ортогонально друг другу размещены однопроводные линии радиопередачи, а вблизи фазового центра исследуемой антенны установлен радиолокационный уголковый отражатель, транспортное средство оснащено поворотной платформой с датчиком угла поворота по азимуту, на подъёмнике установлен подвижный по углу места и, снабженный датчиком угла поворота экран из отражающего или радиопоглощающего материала, антенно-фидерная система выполнена на поворотной раме, подвижной по углу места, и включает в себя комплект широкополосных антенн.The solution to this problem is a method for determining antenna characteristics on the measuring site, by installing the antenna under study above the surface of the measuring site, and determining the antenna characteristics using an antenna-feeder system located on the measuring site, with the ability to move and position relative to the antenna under study, connected to radio measuring equipment and a data recording and storage unit, at the same time, single-wire radio transmission lines located orthogonally to each other are installed on the measuring site, an external radar corner reflector is installed near the phase center of the antenna under study, the positioning of the antenna-feeder system relative to the antenna under study is carried out by registering the secondary radiation of single-wire lines by the radio receiving unit radio transmissions excited by the radio transmitting unit, the influence of the reflection of the radio signal from the surface of the measuring area is taken into account by analyzing the radio signal generated by the programmable radio transmitting unit and reflected from the remote radar corner reflector, as well as a system for determining antenna characteristics at the measuring area according to the proposed method, including the antenna under study, a vehicle, equipped with radio measuring equipment and a data recording and storage unit, as well as a lift on which the antenna-feeder system is installed, while single-wire radio transmission lines are placed orthogonally to each other on the surface of the measuring platform, and a radar corner reflector is installed near the phase center of the antenna under study, the vehicle is equipped a rotating platform with an azimuth rotation angle sensor; a screen made of reflective or radio-absorbing material is installed on the lift, movable in elevation and equipped with a rotation angle sensor; the antenna-feeder system is made on a rotating frame, movable in elevation, and includes a set of broadband antennas .
Особенность представленной системы антенных измерений заключается в том, что в состав транспортного средства, входят смонтированные на одном шасси поворотная платформа с датчиком угла поворота по азимуту, подъемник, на котором установлены подвижный по углу места и снабженный датчиком угла поворота экран из отражающего или радиопоглощающего материала, находящийся под ним программируемый радиопередающий блок, поворотная рама с антенно-фидерной системой, включающей в себя комплект линейных широкополосных антенн, а также комплект широкополосных антенн с нелинейными элементами и электроизмерительными приборами, размещенные над подвижным экраном, датчик угла поворота по углу места поворотной рамы, датчик высоты подъема, экранированный корпус, в котором находятся радиоизмерительное оборудование, источник питания, блок регистрации и хранения данных, радиопередающий блок и радиоприемный блок.The peculiarity of the presented antenna measurement system is that the vehicle includes a rotating platform mounted on one chassis with an azimuth rotation angle sensor, a lift on which a screen made of reflective or radio-absorbing material is installed, movable in elevation and equipped with a rotation angle sensor, a programmable radio transmitting unit located underneath, a rotating frame with an antenna-feeder system, including a set of linear broadband antennas, as well as a set of broadband antennas with nonlinear elements and electrical measuring instruments located above the movable screen, a rotation angle sensor based on the elevation angle of the rotating frame, a sensor lifting height, a shielded housing containing radio measuring equipment, a power supply, a data recording and storage unit, a radio transmitting unit and a radio receiving unit.
В предпочтительном варианте реализации системы внутри выносного радиолокационного уголкового отражателя содержится пассивная рамочная антенна с нелинейным элементом, либо вместо выносного радиолокационного уголкового отражателя используется пассивная широкополосная антенна с нелинейным элементом.In the preferred embodiment of the system, a passive loop antenna with a nonlinear element is contained inside the remote radar corner reflector, or a passive broadband antenna with a nonlinear element is used instead of the remote radar corner reflector.
В предпочтительном варианте реализации системы в однопроводных линиях радиопередачи жилы кабеля переплетены по спирали вокруг центра кабеля.In the preferred embodiment of the system in single-wire radio transmission lines, the cable cores are woven in a spiral around the center of the cable.
В предпочтительном варианте реализации системы для определения местоположения оборудования на транспортном средстве на однопроводных линиях радиопередачи дополнительно установлены пассивные радиочастотные метки.In a preferred embodiment of the system for determining the location of equipment on a vehicle, passive radio frequency tags are additionally installed on single-wire radio transmission lines.
Кроме того, позиционирование транспортного средства с расположенным на нём оборудовании относительно исследуемой антенны осуществляется посредством возбуждаемых радиопередающим блоком расположенных ортогонально на поверхности измерительного участка однопроводных линий радиопередачи, переизлучающих среднечастотный или высокочастотный радиосигнал, поступающий на радиоприемный блок, в момент измерений производится отключение радиопередающего блока, транспортное средство удерживается в неподвижном состоянии относительно поверхности измерительной площадки и исследуемой антенны, а угол между плоскостью отражающего экрана и нормалью к фронту падающей электромагнитной волны регулируется в зависимости от высоты подъема исследуемой антенны и расстояния до ее расчетного фазового центра, вблизи которого установлен выносной радиолокационный уголковый отражатель.In addition, the positioning of the vehicle with the equipment located on it relative to the antenna under study is carried out by means of single-wire radio transmission lines excited by the radio transmitting unit, located orthogonally on the surface of the measuring section, re-emitting a mid-frequency or high-frequency radio signal arriving at the radio receiving unit; at the time of measurements, the radio transmitting unit is turned off, the vehicle is held in a stationary state relative to the surface of the measuring site and the antenna under study, and the angle between the plane of the reflecting screen and the normal to the front of the incident electromagnetic wave is adjusted depending on the height of the antenna under study and the distance to its calculated phase center, near which an external radar corner reflector is installed.
В предпочтительном варианте реализации способа однопроводные линии радиопередачи возбуждаются радиосигналом радиопередающего блока на частотах собственного резонанса излучающей системы, а радиоприемный блок детектирует переизлученный радиосигнал на основной, второй и (или) третьей гармониках.In the preferred embodiment of the method, single-wire radio transmission lines are excited by a radio signal from the radio transmitting unit at the natural resonance frequencies of the radiating system, and the radio receiving unit detects the re-emitted radio signal at the fundamental, second and (or) third harmonics.
В предпочтительном варианте реализации способа прием отраженного от выносного радиолокационного уголкового отражателя радиосигнала может осуществляться на его второй и (или) третьей гармониках.In a preferred embodiment of the method, the reception of a radio signal reflected from an external radar corner reflector can be carried out at its second and (or) third harmonics.
На фиг. 1 представлена структурная схема системы антенных измерений, где: 1 - транспортное средство; 2 - платформа; 3 - датчик угла поворота по азимуту; 4 - подъемник; 5 - подвижный по углу места экран из отражающего или радиопоглощающего материала; 6 - датчик угла поворота; 7 - программируемый радиопередающий блок; 8 - поворотная рама; 9 - датчик угла поворота по углу места; 10 - антенно-фидерная система; 11 - датчик высоты подъема; 12 - экранированный корпус; 13 - радиоизмерительное оборудование; 14 - источник питания; 15 - блок регистрации и хранения данных; 16 - исследуемая антенна; 17 - радиолокационный уголковый отражатель; 18 - радиопередающий блок; 19 - измерительная площадка; 20 - однопроводная линия радиопередачи; 21 - радиоприемный блок.In fig. Figure 1 shows a block diagram of the antenna measurement system, where: 1 - vehicle; 2 - platform; 3 - azimuth rotation angle sensor; 4 - lift; 5 - a screen made of reflective or radio-absorbing material movable in elevation; 6 - rotation angle sensor; 7 - programmable radio transmitting unit; 8 - rotating frame; 9 - rotation angle sensor based on elevation; 10 - antenna-feeder system; 11 - lift height sensor; 12 - shielded housing; 13 - radio measuring equipment; 14 - power supply; 15 - data recording and storage unit; 16 - antenna under study; 17 - radar corner reflector; 18 - radio transmitting unit; 19 - measuring platform; 20 - single-wire radio transmission line; 21 - radio receiving unit.
Определение антенных характеристик осуществляется следующим образом. На поверхности измерительной площадки 19, в зоне, где определяются характеристики исследуемой антенны 16, размещают ортогонально друг другу однопроводные линии радиопередачи 20. Они служат для позиционирования оборудования на транспортном средстве 1, местоположение которого должно быть определено перед началом измерений. Это осуществляется в процессе перемещения транспортного средства 1 по измерительной площадке 19 своим ходом, с помощью радиопередающего 18 и радиоприемного 21 блоков. После занятия исходной позиции и определения своего местоположения транспортное средство 1 удерживается в неподвижном состоянии относительно поверхности измерительной площадки 19 и исследуемой антенны 16, а радиопередающий блок 18 и радиоприемный блок 21 отключаются. Подъемник 4 с антенно-фидерной системой 10 поднимается на высоту, необходимую для выполнения измерений, значение которой определяется датчиком высоты подъема 11. Платформа 2 поворачивается по азимуту на угол, измеряемый датчиком угла поворота по азимуту 3, а поворотная рама 8 - по углу места, измеряемому датчиком угла поворота по углу места 9. Программируемый радиопередающий блок 7 включается на излучение. По его радиосигналу, отраженному от выносного радиолокационного уголкового отражателя 17, установленному вблизи фазового центра исследуемой антенны 16, определяется нормаль к фронту падающей электромагнитной волны. При необходимости регулируется положение экрана из отражающего или радиопоглощающего материала 5 по углу места, измеряемого датчиком угла поворота 6. После установки антенно-фидерной системы 10 и экрана из отражающего или радиопоглощающего материала 5 в необходимое для измерений положение программируемый радиопередающий блок 7 отключается. Исследуемая антенна 16 включается на излучение, принимаемое антенно-фидерной системой 10, соединенной с радиоизмерительным оборудованием 13 в экранированном корпусе 12. Там же находится блок регистрации и хранения данных 15, выполняющий запись результатов измерений, углов поворота платформы 2 и поворотной рамы 8, местоположения транспортного средства 1, а также источник питания 14, обеспечивающий работу системы. После выполнения измерений с исследуемой антенны 16 снимается излучение и транспортное средство 1 может изменить свою позицию на измерительной площадке 19, после чего выполняется новый цикл измерений. При необходимости измерения могут выполняться в процессе перемещения оборудования на транспортном средстве 1.Determination of antenna characteristics is carried out as follows. On the surface of the
Однопроводная линия радиопередачи, возбуждаемая радиосигналом на частотах первого, второго и третьего собственного резонанса излучающей антенны радиопередающего блока, является источником вторичного излучения на основной, второй и третьей гармониках, которые имеют наибольшую амплитуду (Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник / Под ред. Я.Д. Ширмана. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. Радиотехника. 2007. 512 с.). Использование второй и третьей гармоники, позволит повысить точность позиционирования транспортного средства и уменьшить массогабаритные показатели радиоприемного блока.A single-wire radio transmission line, excited by a radio signal at the frequencies of the first, second and third natural resonance of the radiating antenna of the radio transmitting unit, is a source of secondary radiation at the fundamental, second and third harmonics, which have the greatest amplitude (Radio-electronic systems: fundamentals of construction and theory. Handbook / Ed. Ya.D. Shirman. 2nd edition, revised and expanded. M. Radiotekhnika. 2007. 512 p.). The use of the second and third harmonics will improve the positioning accuracy of the vehicle and reduce the weight and size of the radio receiving unit.
Конструкция транспортного средства может быть выполнена на базе колесного или гусеничного шасси. Если используется телескопический подъемник, то высота подъема может определяться датчиком длины стрелы (барабаном кабельным). При использовании коленчатого подъемника применяется датчик другого типа. Углы поворота по азимуту поворотной платформы и по углу места для отражающего экрана и поворотной рамы могут измеряться энкодерами.The design of the vehicle can be made on the basis of a wheeled or tracked chassis. If a telescopic lift is used, the lifting height can be determined by a boom length sensor (cable drum). When using an articulated lift, a different type of sensor is used. The rotation angles in azimuth of the turntable and in elevation for the reflective screen and the turntable can be measured by encoders.
Масса и габариты подъемника с размещенными на нем антенно-фидерной системой, программируемым радиопередающим блоком и подвижным экраном вместе с максимальной высотой подъема определяют итоговую массу конструкции, от которой в свою очередь зависит тип используемых приводов подъемника и двигателя транспортного средства. Кроме того, на выбор двигателя транспортного средства влияет также тип измерительной площадки (на открытом пространстве или в закрытом помещении).The weight and dimensions of the lift with the antenna-feeder system placed on it, a programmable radio transmitting unit and a movable screen, together with the maximum lifting height, determine the final mass of the structure, which in turn determines the type of lift and vehicle engine drives used. In addition, the type of measuring site (outdoor or indoor) also influences the choice of vehicle engine.
В составе радиоизмерительного оборудования должен быть векторный анализатор цепей или рефлектометр. Дополнительно может быть использован анализатор спектра, а также электроизмерительные приборы, предназначенные для оценки наведенных токов и напряжений сторонним электромагнитным полем на широкополосных антеннах с нелинейными элементами.The radio measuring equipment must include a vector network analyzer or reflectometer. Additionally, a spectrum analyzer can be used, as well as electrical measuring instruments designed to evaluate induced currents and voltages by an external electromagnetic field on broadband antennas with nonlinear elements.
При выполнении антенных измерений не требуется использование вспомогательной антенны, так как влияние отражения радиосигнала от поверхности измерительного участка учитывается следующим образом:When performing antenna measurements, the use of an auxiliary antenna is not required, since the influence of the reflection of the radio signal from the surface of the measuring area is taken into account as follows:
- путем анализа радиосигнала, сформированного программируемым радиопередающим блоком и отраженного от выносного радиолокационного уголкового отражателя;- by analyzing a radio signal generated by a programmable radio transmitting unit and reflected from an external radar corner reflector;
- при использовании сверхширокополосного (СШП)-радиосигнала путем временной селекции;- when using an ultra-wideband (UWB) radio signal by means of time selection;
- для других типов радиосигнала за счет отражающего экрана под антенно-фидерной системой.- for other types of radio signals due to a reflective screen under the antenna-feeder system.
Вместо выносного радиолокационного уголкового отражателя может быть использована пассивная широкополосная антенна с нелинейным элементом.Instead of a remote radar corner reflector, a passive broadband antenna with a nonlinear element can be used.
Нелинейный элемент в совокупности с радиолокационным уголковым отражателем или пассивной рамочной антенной является источником вторичного излучения на гармониках, отсутствующих в спектре падающей электромагнитной волны. При этом, для регистрации отраженного радиосигнала целесообразно использовать вторую и третью гармоники, которые имеют наибольшую амплитуду (Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А. Новые методы обнаружения скрытых объектов: борьба с терроризмом, гуманитарное разминирование, защита информации, контроль подземных коммуникаций, археология, экология. М. Эльф ИПР. 2011. 503 с.).The nonlinear element, together with a radar corner reflector or a passive loop antenna, is a source of secondary radiation at harmonics that are absent in the spectrum of the incident electromagnetic wave. At the same time, to register the reflected radio signal, it is advisable to use the second and third harmonics, which have the greatest amplitude (Shcherbakov G.N., Anzelevich M.A. New methods for detecting hidden objects: combating terrorism, humanitarian demining, information security, control of underground communications, archeology, ecology. M. Elf IPR. 2011. 503 pp.).
Однопроводные линии радиопередачи представляют собой кабели с жилами из проводника, обладающие механической прочностью, позволяющей выдержать вес транспортного средства, плотно зафиксированные на поверхности измерительного участка с использованием сантехнического скотча или диэлектрических скоб. Также в качестве однопроводных линий радиопередачи могут использоваться металлизированные ленты или покрытые металлизированной краской фрагменты измерительного участка. Для защиты однопроводных линий радиопередачи от повреждения движителями транспортного средства могут быть использованы кабель-каналы.Single-wire radio transmission lines are cables with conductor cores that have the mechanical strength to support the weight of a vehicle, tightly fixed to the surface of the measuring section using plumber's tape or dielectric clamps. Also, metallized tapes or fragments of the measuring section coated with metallized paint can be used as single-wire radio transmission lines. To protect single-wire radio transmission lines from damage by vehicle propulsion, cable channels can be used.
Однопроводные линии радиопередачи могут работать как в режиме бегущей волны, так и в режиме стоящей волны. Прием сигнала от однопроводной линии радиопередачи могут быть осуществлен с помощью магнитных антенн, а также катушек индуктивности, возбуждаемых высокочастотным полем магнитных антенн из состава радиоприемного блока.Single-wire radio transmission lines can operate in both traveling wave and standing wave modes. Reception of a signal from a single-wire radio transmission line can be carried out using magnetic antennas, as well as inductors excited by the high-frequency field of magnetic antennas from the radio receiving unit.
Навигация вдоль однопроводной линии радиопередачи может осуществляться путем обнаружения и подсчета:Navigation along a single-wire radio transmission line can be accomplished by detecting and counting:
- мест пересечения двух ортогонально направленных однопроводных линии радиопередачи, в которых наведенные при возбуждении токи компенсируют друг друга и амплитуда принимаемого сигнала будет равна нулю;- places of intersection of two orthogonally directed single-wire radio transmission lines, in which the currents induced during excitation cancel each other out and the amplitude of the received signal will be equal to zero;
- минимумов и максимумов сигнала вдоль отрезков однопроводной линии радиопередачи, образованных ее разрывами через заданный интервал;- minimums and maximums of the signal along sections of a single-wire radio transmission line formed by its breaks at a given interval;
- установленных через заданный интервал пассивных радиочастотных меток (например, использующих технологию RFID).- passive radio frequency tags installed at a given interval (for example, using RFID technology).
При технической реализации системы измерений может быть использовано сочетание всех перечисленных вариантов.When technically implementing a measurement system, a combination of all of the above options can be used.
Для более эффективной работы в диапазоне частот от 10 кГц до 10 МГц жилы внутри кабеля могут быть переплетены по спирали вокруг центра кабеля. Таким образом, из-за скин-эффекта и эффекта близости проводников удается обеспечить низкое сопротивление переменному току, что позволяет повысить эффективность использования однопроводной линии радиопередачи.For more efficient operation in the frequency range from 10 kHz to 10 MHz, the cores inside the cable can be woven in a spiral around the center of the cable. Thus, due to the skin effect and the conductor proximity effect, low AC resistance can be achieved, which can improve the efficiency of using a single-wire radio transmission line.
Представленный в описании вариант реализации изобретения иллюстрирует принципиальные технические решения, при этом возможны различные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла, раскрытых в формуле изобретения.The embodiment of the invention presented in the description illustrates the fundamental technical solutions, and various modifications, additions and substitutions are possible without departing from the scope and meaning disclosed in the claims.
Для обоснования возможности практической реализации навигационной аппаратуры на базе предложенного способа выполнен оценочный расчет.To justify the possibility of practical implementation of navigation equipment based on the proposed method, an evaluation calculation was performed.
Измерения выполняются в зоне индукции, называемой в иностранной литературе сферой Чу, радиус которой определяется выражениемThe measurements are performed in the induction zone, called the Chu sphere in foreign literature, the radius of which is determined by the expression
где ƒ - частота высокочастотного радиосигнала; ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды; μ - относительная магнитная проницаемость среды.where ƒ is the frequency of the high-frequency radio signal; ε - relative dielectric constant of the medium; μ is the relative magnetic permeability of the medium.
Для ƒ = 10 МГц радиус будет равен R = 4,78 м в воздушной среде. Максимум стоячей волны в приемной антенне соответствует условиюFor ƒ = 10 MHz the radius will be equal to R = 4.78 m in air. The maximum standing wave in the receiving antenna corresponds to the condition
При использовании цифрового дискриминатора с числом каналов, равным n = 256, линейное разрешение по отклонению от заданной траектории будет равноWhen using a digital discriminator with a number of channels equal to n = 256, the linear resolution for deviation from a given trajectory will be equal to
Для навигации вдоль однопроводной линии радиопередачи она может быть разделена на отрезки, протяженность которых равна половине длины волны на нижней рабочей частотеTo navigate along a single-wire radio transmission line, it can be divided into segments whose length is equal to half the wavelength at the lower operating frequency
В таком отрезке будет преобладать стоячая волна тока IS с максимумом в центре и минимумом по краям, а также бегущая волна тока IT, возникающая из-за перетекания в индукционно связанные соседние отрезки линии и из-за поглощения в окружающем пространстве. При достаточной величине зазора около 0,10÷0,05⋅λ и отсутствии утечек, будет выполняться условие IS >> IT, позволяющее регистрировать изменение сигнала вдоль линии, характер которого позволяет определить расстояние с погрешностью не хуже четверти длины отрезка линии, т.е. ΔL = 3,75 м для ƒ=10 МГц.In such a segment, a standing current wave I S with a maximum in the center and a minimum at the edges will prevail, as well as a traveling current wave I T arising due to flow into inductively coupled adjacent line segments and due to absorption in the surrounding space. If the gap is sufficiently large around 0.10÷0.05⋅λ and there are no leaks, the condition I S >> I T will be satisfied, allowing you to record a change in the signal along the line, the nature of which allows you to determine the distance with an error of no worse than a quarter of the length of the line segment, t .e. ΔL = 3.75 m for ƒ=10 MHz.
Достигаемый технический результат согласно предложенному решению -независимость от наличия сигналов спутниковых навигационных систем, выполнение измерений диаграммы направленности в азимутальной и угломестной плоскостях, исключение вспомогательной антенны, выполнение радиоизмерений и антенных измерений внутри экранированных сооружений.The achieved technical result according to the proposed solution is independence from the presence of satellite navigation system signals, measurements of the radiation pattern in the azimuth and elevation planes, elimination of the auxiliary antenna, radio measurements and antenna measurements inside shielded structures.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2804836C1 true RU2804836C1 (en) | 2023-10-06 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160088498A1 (en) * | 2014-09-18 | 2016-03-24 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Unmanned aerial vehicle for antenna radiation characterization |
| RU2638079C1 (en) * | 2016-10-19 | 2017-12-11 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Method of measuring azimuthal antenna directional pattern in composition of large size surface-mobile objects and device for its implementation |
| RU2652167C1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-04-25 | Армен Ованесович Кочаров | Arctic system of ground transport driving and navigation support |
| CN107238825B (en) * | 2017-06-09 | 2019-06-04 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | The test method of RCS when a kind of realization antenna transmitting using vector network instrument |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160088498A1 (en) * | 2014-09-18 | 2016-03-24 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Unmanned aerial vehicle for antenna radiation characterization |
| RU2638079C1 (en) * | 2016-10-19 | 2017-12-11 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Method of measuring azimuthal antenna directional pattern in composition of large size surface-mobile objects and device for its implementation |
| RU2652167C1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-04-25 | Армен Ованесович Кочаров | Arctic system of ground transport driving and navigation support |
| CN107238825B (en) * | 2017-06-09 | 2019-06-04 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | The test method of RCS when a kind of realization antenna transmitting using vector network instrument |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9824597B2 (en) | Magnetic navigation methods and systems utilizing power grid and communication network | |
| US7629790B2 (en) | System for electronic detection of military threats | |
| US5252912A (en) | System for warning aircraft pilot of potential impact with a power line and generating time-to-time impact signal | |
| KR101555311B1 (en) | Positioning, detection and communication system and method | |
| US7336079B2 (en) | Aerial electronic detection of surface and underground threats | |
| US20110156957A1 (en) | Precise positioning using a distributed sensor network | |
| WO2017222962A1 (en) | Systems and methods for uniquely identifying buried utilities in a multi-utility environment | |
| JP7051864B2 (en) | Magnetic positioning system | |
| KR20080087106A (en) | Positioning system and method | |
| CN105452905B (en) | For cancelling the bucking circuit in magnetic field | |
| US6865139B2 (en) | Subsea navigation and survey | |
| JP2006219246A (en) | Hook position detecting device of movable crane | |
| EP3407031A1 (en) | Reader device, sensor device and sensing system | |
| RU2681271C1 (en) | Device for searching for mines and mines on the basis of the radar parametric method | |
| KR101388131B1 (en) | Detecting system for underground pipes using electric field | |
| RU2804836C1 (en) | Method and system for determining antenna characteristics at measuring site | |
| RU2638079C1 (en) | Method of measuring azimuthal antenna directional pattern in composition of large size surface-mobile objects and device for its implementation | |
| RU2596244C1 (en) | Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of water surface and underwater objects of navigation in constrained conditions of navigation | |
| JP5815266B2 (en) | Embedded object exploration method and buried object exploration device | |
| KR102366911B1 (en) | Information provision system for underground facilities to provide real-time information | |
| Diamond et al. | A radio beacon and receiving system for blind landing of aircraft | |
| US20090278725A1 (en) | Identification and mapping of underground facilities | |
| JPH0666863A (en) | Electromagnetic environment measuring device | |
| JP3185819B2 (en) | Outdoor electromagnetic environment measurement device | |
| RU2814649C1 (en) | Method for navigating transport and technological machine via single-wire radio transmission line |