Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПРОСТОРОВА РЕЖЕКЦІЯ ЧАСТКОВО ПОЛЯРИЗОВАНИХ ЗАВАД ПРИ НЕІДЕНТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ ПРИЙМАЛЬНИХ КАНАЛІВ АДАПТИВНИХ КОМПЕНСАТОРІВ

Мисик Федір Федорович

УДК 621.396.96:621.396.67.095.1 (043)

05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій

Харків-2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському інституті Військово-Повітряних Сил Міністерства Оборони України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Корнієнко Леонід Григорович,

Харківський військовий університет,

професор кафедри ХВУ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Леховицький Давід Ісаакович,

Харківський військовий університет,

провідний науковий співробітник НЦ ВПС та ППО при ХВУ.

кандидат технічних наук

Коляденко Юлія Юріївна,

Харківський національний університеті радіоелектроніки, ст. викладач кафедри телекомунікаційних систем.

Провідна установа : Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського "ХАІ" МОН України, кафедра проектування радіоелектронних систем літальних апаратів.

Захист відбудеться "23" жовтня 2002 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.03 Харківського національного університету радіоелектроніки: 61166, м. Харків, пр. Леніна 14, ауд.13.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна 14.

Автореферат розісланий "14" вересня 2002р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Чурюмов Г.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

радіохвиля приймальній канал компенсатор

Актуальність теми. Адаптивна компенсація завад є одним з розповсюджених методів подавлення корельованих завад як у зв'язних, так і в радіолокаційних системах. Для захисту від зовнішніх завад застосовується адаптивна просторова режекція завад. У радіотехнічних системах (РТС) з гостронаправленими антенами адаптивні компенсатори здійснюють подавлення завад, що діють по бічних пелюстках (КБП) діаграми спрямованості (ДС) основної антени. Більшість робіт, присвячених дослідженню адаптивних компенсаторів, орієнтовано на дослідження ефективності просторової режекції повністю поляризованих (ПП) завад. Разом з тим розглядаються можливості побудови засобів радіоелектронного подавлення (РЕП), здатних створювати частково поляризовані (ЧП) завади. Відзначається, що ЧП завади ефективні для подавлення РТС із компенсаторами завад. Крім того, сучасні прийоми масованого використання бортових засобів РЕП призводять до утворення ЧП завад навіть у випадку випромінювання станціями ПП радіохвиль. Тому виникає нова задача по дослідженню можливостей компенсаторів завад (КЗ) здійснювати просторову режекцію ЧП завадових радіохвиль. Ефективність просторової режекції обмежується неминуче присутніми неідентичностями характеристик приймальних каналів. Огляд літератури показав, що вплив неідентичностей в антенних характеристиках приймальних каналів, особливо в поляризаційних характеристиках антен, на показники КЗ мало вивчено.

Таким чином, розв'язувана в роботі науково-технічна задача по розробці методики дослідження ефективності просторової режекції ЧП завад з урахуванням розходжень в антенних характеристиках приймальних каналів адаптивних компенсаторів і способів підвищення їхніх показників якості є актуальною.

Зв'язок робіт з науковими програмами, планами, темами. Робота зв'язана з плановими НДР "Поляризация-1998" і "Спектр-2000", що виконувалися в Харківському військовому університеті і Харківському інституті ВПС в 1998-2000 роках.

Мета і задачі дослідження: підвищення ефективності просторової режекції ЧП завад адаптивними компенсаторами з урахуванням розходжень у просторово-поляризаційно-частотних характеристиках (ППЧХ) приймальних каналів.

Для досягнення мети в роботі вирішені наступні задачі:

Дослідження поляризаційного стану флуктуючого поля завадової радіохвилі від двох джерел, нерозрізнювальних за кутовими координатами.

Розробка методики дослідження міжканальної кореляції завад із флуктуючою поляризацією при наявності неідентичностей у ППЧХ приймальних каналів.

Аналіз загальних закономірностей компенсації ЧП завад.

Аналіз ефективності компенсації ЧП завад з урахуванням розходжень у характеристиках приймальних каналів у смузі частот.

Розробка пропозицій по засобах підвищення ефективності компенсації ЧП завад.

Об'єктом досліджень є когерентна компенсація завад, що впливають по бічним пелюсткам ДС антени.

Предмет дослідження: показники ефективності адаптивних компенсаторів завад у сталому режимі при наявності неідентичностей у характеристиках каналів прийому ЧП радіохвиль.

Рамки досліджень: межі ефективності (потенційні можливості) просторової режекції ЧП шумових завад при неідентичних характеристиках антен приймальних каналів КБП із різними типами поляризаційних базисів.

Методи дослідження, що використовуються при вирішенні поставлених задач: теорія часткової когерентності і частково поляризованих полів, теорія випадкових процесів, теорія антен і розповсюдження радіохвиль, теорія матриць, методи оптимізації, теорія адаптивних антенних решіток.

Наукова новизна роботи складається в наступних теоретичних і практичних результатах:

Удосконалено методику аналізу поляризаційного стану завади, утвореної парою джерел шумового випромінювання, нерозрізнювальних за кутовими координатами. Методика, у розвиток відомої, враховує можливість формування завади бортовими засобами РЕП, які утворюють групове точкове джерело випромінювання двох ПП радіохвиль, що дозволило вперше встановити взаємозв'язок між ступенем поляризації сумарної завадової радіохвилі і відносним кутовим положенням і радіотехнічними характеристиками постановників завад.

Розроблено методику дослідження просторової кореляційної матриці завад, що, на відміну від відомих методик, дозволяє врахувати поляризаційний стан завади і наявність неідентичностей у ППЧХ приймальних каналів. Вперше встановлено особливості компенсації ЧП завад і характер залежності міжканального коефіцієнта кореляції від ступеня поляризації завади і поляризаційних розходжень антен у смузі частот.

Вперше отримані і проаналізовані формули для коефіцієнтів подавлення, що визначають граничні можливості просторової режекції ЧП завад. Уведено нові поняття в теорії прийому ЧП радіохвиль, що узагальнюють відомі і характеризують поляризаційні втрати потужності в смузі частот.

Запропоновано для підвищення ефективності адаптивної просторової режекції ЧП завад використовувати в КЗ змішаний поляризаційний базис. Вперше встановлено умови, при яких забезпечується ефективне подавлення завад поза залежністю від ступеня їхньої поляризації.

Практична цінність отриманих результатів.

1. Показано можливість ненавмисної постановки бортовими засобами РЕП ЧП завад.

2. Визначено межі ефективності адаптивної компенсації шумових ЧП завад в різній завадовій обстановці при визначених просторових і поляризаційних розходженнях приймальних каналів у смузі частот.

3. Обґрунтовано вимоги до точності підстроювання поляризацій антен КЗ зі статичним поляризаційним базисом у смузі частот для досягнення заданих значень коефіцієнта подавлення завад.

4. Запропоновано варіанти схем побудови антен допоміжних каналів КЗ зі змішаним поляризаційним базисом. Визначено вимоги до характеристик і параметрів приймальних каналів, що забезпечують високу ефективність просторової режекції завад з довільним ступенем поляризації.

Отримані результати можуть бути використані при модернізації існуючих і розробці нових адаптивних компенсаторів з підвищеним рівнем подавлення ЧП завад.

Основні результати роботи були використані в звіті про НДР "Спектр-2000" (акт про використання результатів затверджений 11.10.2001р.), а також у навчальному процесі ХІ ВПС (акт про використання результатів затверджений 22.05.2001р.).

Особистий внесок здобувача складається в аналізі обмежень на величину коефіцієнта подавлення завад, в удосконаленні методики аналізу поляризаційного стану активної шумової завади, дослідженні показників ефективності КЗ зі статичним і змішаним поляризаційними базисами, одержанні результатів аналізу ефективності адаптивної просторової режекції ЧП завад, розробці математичних моделей антен і їхніх поляризаційно-частотних характеристик.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на конференції “Інформаційні технології ВПС України в ХХІ столітті” (м. Харків) у 2001 р., на 3-й Міжнародній конференції “Antenna Theory and Techniques” (м. Севастополь) у 1999 р. і на наукових семінарах у ХІ ВПС.

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано в 5 статтях, у двох тезах доповідей конференцій, у тому числі однієї Міжнародної.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації становить 184 сторінки, у тому числі: список використаних джерел з 91 найменування на 7 сторінках, 50 рисунків, 4 таблиці. Рисунки, що займають окремі сторінки, розміщені на 28 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми, її новизна і практична цінність, сформульовані мета й основні задачі досліджень, зв'язок з науковими програмами і планами.

У першому розділі проведено аналіз завадової обстановки в зоні дії РТС. Показано, що сучасні засоби РЕП орієнтовані на постановку активних шумових завад (АШЗ), інтенсивність яких постійно збільшується і досягає 1000Вт/Мгц і вище, що перевищує можливості їхнього подавлення сучасними КБП.

При значній щільності нальоту кутова відстань між сусідніми літаками - постановниками активних завад (ПАЗ), часто буває значно менше ширини ДС антени РТС. Групову (парну) ціль можна розглядати як точкову, вважаючи, що сумарна завадова хвиля утворюється взаємонезалежними шумовими парціальними хвилями, що приходять з одного напрямку.

За допомогою апарата матриці когерентності і параметрів Стокса розвинута методика визначення поляризаційного стану сумарної завадової хвилі в залежності від параметрів парціальних завадових радіохвиль і взаємної орієнтації літаків ПАЗ, що входять у групову точкову ціль. Так, для ступеня поляризації завади отримано вираз

mi= , (1)

b1(2)=;

P1(2) - потужності передавачів завад;

- коефіцієнти підсилення бортових антен з нормованими ДС F1(2);

- орт напрямку на РТС;

г - кут, що визначає взаємну орієнтацію антен завадоносіїв.

На рис.1 представлено графіки залежності ступеня поляризації завади від відношення інтенсивностей парціальних завад при різних кутах г.

Рис.1. Залежність ступеня поляризації від відношення інтенсивностей парціальних завадових коливань і кута г.

Як видно з рисунку, сумарне флуктуаційне поле завади в основному є ЧП, на що дотепер не зверталося уваги при проектуванні КБП. При цьому в залежності від співвідношення інтенсивностей парціальних завад і взаємної орієнтації ПАЗ ступінь поляризації завади може змінюватися від нуля до одиниці (передбачалося, що передавачі завад випромінюють цілком поляризоване поле лінійної поляризації).

Проведено аналіз стану теорії адаптивних антенних решіток з дослідження причин погіршення ефективності компенсації завад. Показано, що невивченою є задача з дослідження ефективності компенсації ЧП завад при наявності розходжень у поляризаційно-частотних характеристиках (ПЧХ) антен основного і допоміжного каналів КЗ.

Актуальною стає задача з дослідження потенційних можливостей КБП по подавленню ЧП завад в умовах наявності розходжень в ППЧХ антен з урахуванням поляризаційного стану завади і розробки пропозицій по способах підвищення ефективності компенсації ЧП завад.

У другому розділі проведено аналіз загальних співвідношень для показників ефективності КЗ, що характеризують оптимальну вагову обробку прийнятих завадових коливань за критерієм мінімуму вихідної потужності заважаючих коливань. Відзначено загальні умови, за якими компенсація завад є більш ефективною.

За показники ефективності КЗ у сталому режимі узяті традиційно використовувані коефіцієнти подавлення КП і використання енергії (потужності) сигналу , що, при виключенні корисного сигналу з допоміжних каналів, залежать від міжканальних коефіцієнтів кореляції коливань від i-го джерела в m-ому і n-ому каналах сmni, дисперсій завад і внутрішніх шумів , причому , i, де N - число допоміжних каналів, М - число взаємонезалежних завад, номеру n=0 відповідає основний канал.

Коефіцієнт використання дозволяє знайти зменшення дальності дії РТС при впливі зовнішніх завад. Так, для радіолокаційних систем , для систем радіозв'язку , де і - дальності дії системи при наявності і відсутності завад відповідно.

У роботі отримані співвідношення для міжканального коефіцієнта кореляції і дисперсії завад, які, на відміну від відомих, враховують розходження в ППЧХ приймальних каналів і поляризаційний стан завад.

Методика отримання співвідношень полягала в наступному. ЧП завадова хвиля представлялася відповідно до теореми Стокса у вигляді суми незалежних ПП і неполяризованих (НП) радіохвиль, при цьому, у свою чергу, НП хвиля розкладалася в лінійному поляризаційному базисі на дві незалежні з однаковими інтенсивностями ПП складові. Представляючи падаючу квазимонохроматичну хвилю у вигляді спектру монохроматичних плоских хвиль і використовуючи далі методи теорії приймальних антен, перетворення Фур'є, а також той факт, що для стаціонарних випадкових процесів спектральні складові дельта - корельовані, після ряду перетворень отримано , (2)

сmni= , (3)

де - середня щільність потоку потужності ЧП хвилі;

-область інтегрування по частоті ( );

, - середня частота і ширина смуги пропускання m-го приймального каналу;

- частотна характеристика (ЧХ) m-го приймального каналу в напрямку приходу (обумовленому ортом ) плоскої однорідної монохроматичної (на частоті f) хвилі (ця характеристика включає ЧХ траси розповсюдження радіохвилі, просторово-частотну характеристику антени (яка визначає залежність амплітудної і фазової діаграм від кутових координат і частоти) і ЧХ приймального тракту від виходу антени до входу КБП);

- визначає межі інтегрування (), обумовлені областю перетинання смуг пропускання m-го і n-го каналів;

- ступінь поляризації i-ої завадової хвилі;

- коефіцієнт поляризаційного узгодження m-ої антени з падаючою i-ою завадовою хвилею, поляризація ПП складової якої визначається вектором поляризації ;

- вектор (орт) поляризації m-ої приймальної антени на частоті f у напрямку :

, (4)

де - фазор (поляризаційне відношення) m-ої антени, дорівнює відношенню комплексних ортогональних складових ДС (чи комплексних амплітуд векторів і ) на частоті f;

, - орти сферичної системи координат.

Скалярний добуток векторів поляризації () характеризує поляризаційно-частотні розходження антен m-го і n-го каналів.

У роботі проаналізовано вирази (2), (3) і показано, що умови, які призводять до посилення кореляції коливань при впливі ПП і НП завад різні. Так, для ПП завад на впливає рівень поляризаційних втрат антен у смузі частот. Зі збільшенням коефіцієнтів поляризаційного узгодження для кожної з антен з завадовою радіохвилею і ослабленням їхньої залежності від частоти взаємна кореляція завадових коливань в каналах підвищується. Фактор розходження поляризацій антен на середній частоті є несуттєвим. Для НП завад величина сmni залежить від розходжень у ПЧХ антен. При однакових ПЧХ антен коефіцієнт кореляції, на відміну від ПП завад, не залежить від виду поляризації антен. При ортогональних ПЧХ (що характерно для поляризаційних компенсаторів) величина сmni=0 і компенсація НП завад, на відміну від ПП завад, неможлива. Порівняно невеликі розходження в ПЧХ антен (особливо на середній частоті) можуть істотно обмежити можливості компенсації НП завад.

Приведено фізичне обґрунтування відзначених особливостей компенсації ЧП завад, зазначені окремі випадки, при яких співвідношення (2), (3) збігаються з відомими, що дозволило уточнити області застосування останніх.

У третьому розділі обґрунтована математична модель антен основного і допоміжного каналів компенсатора завад у вигляді плоских синфазних випромінюючих розкривів, які збуджуються двома ортогональними полями з косинусоїдальним амплітудним розподілом.

Для прийнятих моделей антен і їхніх поляризаційно-частотних характеристик після інтегрування і ряду перетворень, вирази (2), (3) здобувають вигляд

, (5)

сmni=

, (6)

де , к=n,m; ;

- (7)

узагальнений поляризаційний коефіцієнт передачі антени по потужності в смузі частот, що характеризує втрати потужності, виділеної на узгодженому навантаженні антени , через поляризаційну неузгодженість антени з падаючою хвилею і наявності в ній хаотично поляризованої складової;

- (8)

ефективний коефіцієнт поляризаційного узгодження по потужності, що визначає усереднені по частоті поляризаційні втрати при прийомі ПП хвилі. При =0 вираз для цього коефіцієнта збігається з відомим.

У приведених співвідношеннях:mi, - параметри, що характеризують поляризаційні властивості і-ої падаючої хвилі, відповідно ступінь поляризації, поляризаційна ефективність , різниця фаз між і компонентами ПП складової хвилі;

- параметри, що характеризують смуги пропускання приймальних каналів з АЧХ прямокутної форми, відповідно середні кругові частоти і ширини смуг пропускання m-го, n-го і "сумісного" приймальних каналів;

- параметри, що характеризують ПЧХ n-ої і m-ої антен, а саме, відношення амплітуд , різниця фаз на середній частоті і різниця групових запізнювань між ортогональними складовими поля кожної антени. Величина визначає крутість зміни аргументу фазора поля відповідно n або m антен від частоти;

- різниця часу запізнювань і-ої завадової хвилі від джерела до фазових центрів антен.

Ступінь розходжень поляризацій m-ої і n-ої антен характеризується в роботі значенням кутової відстані на сфері Пуанкаре між точками, що визначають поляризації антен на частоті щ, чи геометричними параметрами еліпсів поляризації.

Проведено аналіз показників ефективності на прикладі одноканального КБП, для якого коефіцієнт подавлення і коефіцієнт використання енергії

КП=; , (9)

залежать від міжканального коефіцієнту кореляції (6) в основному і допоміжному каналах с10 і від величини відношення завада/внутрішній шум по потужності в основному g0 і допоміжному g1 каналах:

, m=0,1, (10)

н=

відношення завада/внутрішній шум у каналах з ізотропними антенами;

коефіцієнт підсилення m-ої антени в напрямку приходу завади.

Приведемо далі деякі результати численного аналізу коефіцієнта КП і коефіцієнта зменшення дальності для випадку, коли в напрямку приходу ЧП завади коефіцієнти підсилення основної антени (ОА) і допоміжної антени (ДА) складають G0=50 і G1=200, інтенсивності завад характеризуються значенням , поляризації антен в ідеальному випадку однакові (статичний поляризаційний базис) і є круговими, ширини смуг пропускання каналів збігаються.

Розглянуто кілька характерних випадків.

1. Антени точно настроєні по поляризаціям на середній частоті, але є розходження на частотах, відмінних від середньої. Моделювання розходжень у поляризаціях антен проводилося зміною відстані між рівнобіжними пластинами поляризатора основної антени.

Показано, що у відсутності поляризаційних розходжень антен на середній частоті при сполучених фазових центрах антен (), вплив ступеня поляризації ЧП хвилі і виду поляризації ПП компонента хвилі на показники ефективності КБП незначний.

Разом з тим, наявність навіть невеликих розходжень у поляризаціях антен у межах смуги пропускання антен призводить до помітного обмеження можливостей компенсації завад, особливо для каналів з відносною шириною смуги пропускання П0/f0.

2. Досліджено вплив на ефективність подавлення ЧП завад розходжень у поляризаціях антен на середній і іншій частотах у межах смуги пропускання приймальних каналів. Моделювання поляризаційних розходжень на середній частоті проводилося шляхом зміни модуля й аргументу (на величину ) фазора поля ОА.

Встановлено, що при наявності розходжень поляризацій антен на середній частоті ефективність подавлення істотно залежить від ступеня поляризації завади. Причому, на відміну від першого випадку, значення КП, КПР, починають помітно залежати і від виду завадової хвилі.

На рис.2 представлено графіки залежностей КПР і для П0/f0=0,001 від різниці фаз ж аргументів фазорів полів ДА й ОА на середній частоті, вважаючи модулі фазорів . Значення КПР розраховано для при -2,3рад (що відповідає типовим розмірам поляризаторів антен) для =0, 1 (кр.1,1'), а значення для н=20, 30, 60дБ (суцільні, пунктирні і штрихпунктирні криві).

Показники КБП зі статичним поляризаційним базисом у цьому випадку дуже чутливі до розбіжності каналів за параметром ж. Граничні можливості КЗ по подавленню ПП завад зберігаються при зміні ж в середньому такими ж ~70дБ), як і у випадку відсутності розходжень у поляризаціях антен на середній частоті. для завад з н=20, 30дБ дорівнює ~ 0,97, н=60дБ - ~0,6. У той же час потенційні можливості компенсації істотно знижуються при впливі НП завад. Так, при ж =50 величина КПР знижується приблизно на 40дБ. При подальшому збільшенні поляризаційних розходжень зменшення КПР відбувається вже не настільки “обвально”, при ж >50 КПР плавно зменшується. Коефіцієнт зменшується особливо для завад з високою інтенсивністю (н>30дБ), РТС практично цілком подавлюється. Настільки ж чуттєвими є показники ефективності КБП до розбіжностей за параметром м, хоча при цьому є деякі особливості, які роздивляються в [1, 5].

Слід зазначити, що з ростом mi показники ефективності КБП збільшуються, однак аж до mi =0,99 збільшення відбувається повільно. Таким чином, досить різке зниження ефективності КБП через поляризаційні розходження антен на середній частоті варто очікувати для завад зі ступенями поляризації mi?0,99.

3. Проаналізовано показники ефективності одноканального КБП при наявності спільно діючих декорелюючих факторів: розходжень у положенні фазових центрів (r=25л0) і в ПЧХ антен. Показано, що при визначеному кутовому положенні джерела завади граничний коефіцієнт подавлення істотно (особливо для ПП завади) збільшується через ефект взаємної компенсації запізнювань на апертурі антен і в перетворювачах поляризації. Показники ефективності КБП стають більшими, ніж при дії кожного фактора окремо. Це можна використовувати для подавлення завад у тих напрямках, де їхня постановка найбільш ймовірна. При впливі слабкополяризованих завад фактор розходжень у поляризаціях антен є переважаючим.

У роботі зроблено висновок, що для підвищення ефективності компенсації ЧП завад необхідно в першу чергу усувати декорелюючий фактор, обумовлений поляризаційними розходженнями антен. Після цього в разі потреби досягнення КПР>50дБ варто зменшувати вплив фактору міжканального запізнювання. Цей висновок відноситься до випадку впливу ЧП завад зі ступенями поляризації від нуля до 0,99.

Четвертий розділ присвячений розробці рекомендацій по підвищенню показників ефективності КБП в умовах впливу ЧП завад.

Для досягнення необхідних показників ефективності необхідно пред'явити вимоги до точності настроювання характеристик приймальних каналів на їхню ідентичність. При цьому, мабуть, потрібно виходити з найгіршого варіанту завадової обстановки, коли завади є неполяризованими.

Для цього випадку при незалежності поляризацій антен від частоти граничний коефіцієнт подавлення визначається виразом:

КПР=. (11)

Задане значення КПР можна забезпечити компромісним вибором і . Разом з тим, аналіз залежності граничного коефіцієнта подавлення від показав, що існує область значень 10-2, для якої при перевищенні визначеного значення домогтися покращення КПР не вдається шляхом зменшення ширини смуги пропускання чи відстані між фазовими центрами антен у межах цієї області. При 10-2 значення КПР помітно збільшується при зменшенні відстані r між фазовими центрами антен (при фіксованому ). При одержати КПР більше 42дБ шляхом жорсткості вимог до не вдається.

Найчастіше поляризація антен в області бічних пелюсток є неконтрольованою (наприклад через наявність відбитих хвиль від місцевих предметів). Це призводить до необхідності використання адаптивних методів усунення поляризаційних розходжень антен у напрямку приходу завад.

Запропоновано для підвищення граничних показників ефективності з метою адаптивного підстроювання поляризацій антен використовувати в КБП змішаний поляризаційний базис. При цьому КБП повинний бути як мінімум двоканальним: ОА з однією з ДА утворюють статичний поляризаційний базис, а з іншою ДА - динамічний (ортогональний) поляризаційний базис. Принцип дії КБП зі змішаним поляризаційним базисом полягає в наступному. Допоміжні антени утворюють сумарний компенсаційний канал з адаптивно керованою поляризацією. При впливі слабко поляризованих завад поляризація сумарного компенсаційного каналу підстроюється під поляризацію ОА, адаптивно усуваються поляризаційні розходження між основним і сумарним компенсаційним каналами, що і приводить до збільшення коефіцієнту подавлення.

Проаналізовано коефіцієнт подавлення двоканального компенсатора завад зі статичним і змішаним поляризаційними базисами. На відміну від статичного поляризаційного базису, показники ефективності КБП зі змішаним поляризаційним базисом практично не залежать як від ступеня поляризації завади, так і від поляризаційних розходжень антен.

Принциповий результат полягає в тому, що показники ефективності КБП зі змішаним поляризаційним базисом при впливі НП завади на відміну від КБП зі статичним поляризаційним базисом практично не залежать від поляризаційних розходжень антен. Провал, зформований в ДС на джерело завади, на 10-15дБ більший, ніж у ДС КБП зі статичним поляризаційним базисом. У цілому, застосування в КБП змішаного поляризаційного базису дозволяє практично усунути залежність показників ефективності від ступеня поляризації завад і робить непотрібним ретельне настроювання антен на ідентичність їхньої поляризації. Коефіцієнт подавлення при впливі ЧП завади з довільним ступенем поляризації приблизно відповідає його значенню у випадку впливу ПП завади і дорівнює КП КБП зі статичним поляризаційним базисом під час відсутності розходжень у поляризаціях антен.

Показано, що оскільки КБП зі змішаним поляризаційним базисом усуває поляризаційні розходження антен лише на середній частоті, то при наявності неідентичності поляризацій на інших частотах ефективність КБП знижується. Знайдено умови, що забезпечують високі показники ефективності КБП. На основі результатів чисельних розрахунків встановлено, що завада з довільним ступенем поляризації ефективно подавлюється, якщо добуток відносної ширини смуги пропускання приймальних каналів на відносну інтенсивність завади не перевищує одиниці. При цьому добуток смуги пропускання на час запізнювання завадової хвилі в основному і сумарному компенсаційному каналі, а також добуток смуги пропускання на різницю часу групових запізнювань огинаючих ортогональних компонентів полів основної і допоміжної антен повинний бути багато менше одиниці. На практиці можливі ситуації, коли зазначені умови не виконуються. Запропоновано в цьому випадку використовувати діапазонні по поляризації антени, що дозволяє за допомогою змішаного поляризаційного базису практично цілком усунути поляризаційні розходження антен у смузі частот і домогтися незалежності показників ефективності від ступеня завади. Однак при цьому необхідно сполучати фазові центри ортогонально поляризованих допоміжних антен, що утворюють сумарний компенсаційний канал.

Розглянуто варіанти схем побудови ДА КБП зі змішаним поляризаційним базисом зі збереженням чи збільшенням удвічі числа адаптивно керованих вагових коефіцієнтів у порівнянні з КБП зі статичним поляризаційним базисом.

Відзначено можливість використання відомих конструкторських розробок антен, застосовуваних у радіолокації і радіозв'язку.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

Проведено аналіз завадової обстановки в зоні дії РТС. Установлено, що, по-перше, можливості існуючих КБП по подавленню інтенсивних АШЗ недостатні, по-друге, відстані між сусідньою парою ПАЗ можуть бути значно менше ширини ДС сучасних антен РТС.

Проведено дослідження поляризаційного стану сумарної завадової хвилі від двох джерел, що не розрізнюються за кутовими координатами. Показано, що завадова хвиля буде в основному частково поляризованою. Установлено залежність ступеня поляризації завади від параметрів бортових станцій завад і взаємного положення ПАЗ.

Проаналізовано сучасний стан теорії адаптивних антенних решіток. Обґрунтовано актуальність і новизну теми дисертаційної роботи.

Розроблено методику дослідження показників ефективності КЗ з урахуванням поляризаційного стану завади і розходжень ППЧХ приймальних каналів КЗ. Установлено, що компенсація ЧП завад має свої особливості, обумовлені неідентичністю поляризацій антен. Визначено можливості подавлення ЧП завад КБП і поляризаційними компенсаторами.

Обґрунтовано вибір математичної моделі приймальних каналів КЗ. Обґрунтовано математичну модель ПЧХ антен, обумовлену частотною залежністю аргумента фазора поля випромінювання в точці спостереження. Отримано вираз для міжканальної кореляції і дисперсії завадових коливань, що враховують поляризаційний стан завадових радіохвиль, розходження поляризацій антен у смузі частот, а також розходження в параметрах смуг пропускання приймальних каналів і в просторовому положенні антен.

Введено поняття узагальненого поляризаційного коефіцієнта передачі антени, що характеризує усереднені по частоті втрати потужності, яка виділяється в узгодженому навантаженні при прийомі ЧП хвилі.

Проведено аналіз залежності показників ефективності КЗ від просторових і поляризаційних характеристик каналів і ступеня їхніх розходжень у смузі частот, поляризаційного стану, інтенсивності завадових радіохвиль і їхнього кутового положення, відносної ширини смуги пропускання приймальних каналів, що дозволило оцінити межі ефективності просторової режекції ЧП шумових завад при тих чи інших умовах функціонування адаптивного компенсатора. Показано, що неідентичності в ПЧХ антен приймальних каналів є серйозним обмежуючим фактором, що приводить до значної втрати ефективності КБП навіть з вузькою відносною шириною смуги пропускання і при порівняно невеликих розходженнях у поляризаціях антен, особливо при впливі слабкополяризованих інтенсивних завад. Зі збільшенням відносної ширини смуги пропускання каналів фактор неідентичності ПЧХ, як правило, стає переважаючим. Збільшення канальності КБП практично не покращує його ефективності.

Запропоновано для досягнення необхідного значення граничного коефіцієнта подавлення висунути вимоги до точності настроювання на ідентичність поляризацій основної і допоміжної антен КБП зі статичним поляризаційним базисом. Таку пропозицію можна використовувати лише для області кутів, де поляризації антен є контрольованими (головний пелюсток, перший бічний пелюсток).

Запропоновано використовувати в КБП замість статичного (некерованого по поляризації) змішаний поляризаційний базис. Основним структурним елементом такого КБП є сумарний компенсаційний канал, що складається з двох ортогонально поляризованих допоміжних антен з адаптивно керованими комплексними ваговими коефіцієнтами.

Проаналізовано ефективність КБП зі змішаним поляризаційним базисом. Показано, що завада з довільними ступенем поляризації й інтенсивністю цілком подавлюється, якщо добуток відносної ширини смуги пропускання приймальних каналів на відносну інтенсивність завади не перевищує одиниці, а запізнювання огинаючої завади на апертурі антенної системи і перетворювачах поляризації не перевищує визначених значень. Запропоновано, при невиконанні даних умов використовувати діапазонні по поляризації антени і сполучати фазові центри ДА сумарного каналу.

Запропоновано схемні реалізації побудови КБП зі змішаним поляризаційним базисом.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ПРАЦЬ

Корниенко Л.Г., Мысик Ф.Ф. Особенности и потенциальные возможности когерентной компенсации частично поляризованных помех // Антенны. - М.: ИПРЖР, 2001. - № 1 (47). - С.55-63.

Корниенко Л.Г., Мысик Ф.Ф., Тищенко В.П. Корреляционные свойства частично поляризованных помех в приемных каналах автокомпенсатора при наличии поляризационных различий антенн в полосе частот // Зб. наук. пр. Вип.3 (25). - Харків: ХВУ, 1999. - С.18-23.

Корниенко Л.Г., Мысик Ф.Ф. Влияние различий в поляризационно-частотных характеристиках антенн на эффективность автокомпенсации частично поляризованных помех // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сб. науч. тр. Вып.3. Харьков: Гос. аэрокосмический ун-т "ХАИ", 1999. - С.121-125.

Корнієнко Л.Г., Мисик Ф.Ф. Граничний коефіцієнт заглушення частково поляризованих завад автокомпенсатора з неідентичними поляризаційно-частотними характеристиками антен // Зб. наук. пр. Вип.2(6). - Харків: ХІЛ ВПС України, 1999. - С.66-70.

Корниенко Л.Г., Мысик Ф.Ф., Поляков С.Ю. Эффективность адаптивной пространственной режекции частично-поляризованных помех // Праці УНДІРТ. - Одеса, 2001. - №2 (26). - С.76-80.

Корниенко Л.Г., Мысик Ф.Ф. Поляризационные характеристики помехи, создаваемой парой неразрешаемых по углам постановщиков активных помех // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Зб.наук.пр.Вип.22. - Харків: Нац. авіакосмічний ун-т "ХАІ", 2001. - С.268-272.

Korniyenko L.G., Mysik F.F., Polyakov S.Y. Аn adaptive compensation of partially polarized interferences in the presence of polarization differences in a frequency band // Third International Conference on Antenna Theory And Techniques. - Sevastopil, Ukraine. - 1999. - PP.282-283.

АНОТАЦІЯ

Мисик Ф.Ф. Просторова режекція частково поляризованих завад при неідентичних характеристиках приймальних каналів адаптивних компенсаторів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій. Харківський національний університет радіоелектроніки. Харків, 2002.

Дисертація присвячена задачам підвищення ефективності просторової режекції частково поляризованих завад з урахуванням неідентичностей характеристик приймальних каналів компенсаторів завад.

Обґрунтовано можливість постановки сучасними бортовими засобами радіоелектронного подавлення частково поляризованих завад.

Розроблено методику дослідження кореляційної матриці при дії частково поляризованих завад, проаналізовані показники ефективності компенсаторів завад з урахуванням розходжень в просторово-поляризаційно-частотних характеристиках приймальних каналів і поляризаційного стану завад.

Запропоновано використовувати в компенсаторах бічних пелюстків змішаний поляризаційний базис, що дозволяє адаптивно усувати поляризаційні розходження антен і підвищувати показники якості компенсатора бічних пелюстків по подавленню частково поляризованих завад з довільним ступенем поляризації.

Розглянуто варіанти схем побудови допоміжної антени компенсаторів бічних пелюстків зі змішаним поляризаційним базисом.

Ключові слова: частково поляризована завада, компенсатор завад, компенсатор бічних пелюстків, просторова режекція, ступінь поляризації, просторово-поляризаційно-частотна характеристика, показники ефективності, поляризаційний базис.

АННОТАЦИЯ

Мысик Ф.Ф. Пространственная режекция частично поляризованных помех при неидентичных характеристиках приемных каналов адаптивных компенсаторов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций. Харьковский национальный университет радиоэлектроники. Харьков, 2002.

Диссертация посвящена задачам повышения эффективности пространственной режекции частично поляризованных помех с учетом неидентичностей приемных каналов компенсаторов помех.

Проведен анализ помеховой обстановки при использовании современных бортовых средств радиоэлектронного подавления в зоне действия РТС. Установлено, что, во-первых, возможности современных компенсаторов боковых лепестков по подавлению интенсивных активных шумовых помех недостаточны, во-вторых, при массированных налетах угловое расстояние между соседней парой постановщиков активных помех могут быть значительно меньше ширины диаграммы направленности антенн современных РТС. Показано, что в этом случае возможна непреднамеренная постановка частично поляризованных помех со степенью поляризации, зависящей от параметров станций и взаимного положения постановщиков активных помех.

Проведен анализ состояния теории адаптивных антенных решеток по исследованию причин ухудшения эффективности компенсации помех. Показано, что неизученной является задача по исследованию эффективности компенсации частично поляризованных помех при наличии различий в поляризационно-частотных характеристиках антенн основного и вспомогательных каналов.

Проведен анализ общих соотношений для показателей эффективности компенсаторов помех, определяющих результаты оптимальной весовой обработки принятых помеховых колебаний по критерию минимума выходной мощности мешающих колебаний. Обоснована математическая модель поляризационно-частотной характеристики антенны.

Разработана методика исследования пространственной корреляционной матрицы помех, входящей в выражения для показателей эффективности компенсаторов помех, учитывающей различия в пространственно-поляризационно-частотных характеристик приемных каналов и поляризационное состояние помех. Показано, что неидентичности в поляризационно-частотных характеристиках антенн приемных каналов являются серьезным ограничивающим фактором, приводящим к потере эффективности компенсаторов боковых лепестков даже с узкой относительной шириной полосы пропускания и при сравнительно небольших различиях в поляризациях антенн, в особенности при воздействии слабополяризованных интенсивных помех. С увеличением относительной ширины полосы пропускания каналов фактор неидентичности поляризационно-частотных характеристик становится превалирующим. Увеличение канальности компенсаторов боковых лепестков практически не улучшает его эффективности.

Предложено для повышения эффективности пространственной режекции использовать в компенсаторах боковых лепестков смешанный поляризационный базис, что позволяет адаптивно устранять поляризационные различия антенн и повышать показатели качества компенсаторов боковых лепестков по подавлению частично поляризованных помех.

Проведен аналитический и численный анализ показателей эффективности компенсаторов боковых лепестков со смешанным поляризационным базисом. Найдены условия, при которых эффективность такого компенсатора по подавлению помех с любой степенью поляризации в условиях неидентичности поляризационно-частотных характеристик антенн становится такой же, как и у компенсаторов боковых лепестков со статическим поляризационным базисом в отсутствие различий в поляризационно-частотных характеристиках антенн.

Рассмотрены варианты схем построения вспомогательных антенн компенсаторов боковых лепестков со смешанным поляризационным базисом.

Ключевые слова: частично поляризованная помеха, компенсатор боковых лепестков, пространственная режекция, степень поляризации, поляризационно-частотная характеристика, показатели эффективности, поляризационный базис.

SUMMARY

Mysik F.F. Space rejection of partially polarized interferences under conditions of non-identical characteristics of adaptive compensators receiving channels. - Manuscript.

Thesis for a candidates degree by speciality 05.12.13. - radiotechnical devices and means of telecommunication. - Kharkov National University of Radioelectronics. Kharkov, 2002.

The dissertation is devoted to the tasks of efficiency increasing of partially polarized interference spatial rejection with taking account of non-identities of interference compensators receiving channels.

Possibility of production by modern board means of radioelectronic interference supression has been based. The method of space correlation interference matrice investigation has been elaborated. The matrice is a component of formula for the interference compensators efficiency indexes and takes account of differences of receiving channels space-polarization-frequency characteristics and interference polarization condition.

It has been proposed to use mixed polarization basis in the side lobe compensators. This allows to remove the antenna polarization differences adaptively and to increase the side lobe compensators quality indexes on the suppression of partially polarized interferences with any polarization degree.

Variants of construction schemes of side lobe compensators with mixed polarization basis auxiliary antenna have been considered.

Key words: partially polarized interference, interference compensator, side lobe compensator, space rejection, polarization degree, space-polarization-frequency characteristic, efficiency indexes, polarization

Размещено на Allbest.ru

...