автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Метод апертурных ортогональных полиномов и его применение в антенной технике

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ( 1 0Ц

Щ /со.

Р г г- ( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

'Б П

'¿3

'ИЛИ »' ,

^ На правах рукописи

ТУСЕВСКИИ ВЛАДЛЕН ИЛЬИЧ

МЕТОД АПЕРТУРШХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ПОЛИНОМОВ : И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В АИТЕННОИ ТЕХНИКЕ

Специальность 05.12.07, "Антенны и СВЧ устройства "

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 1994

РаОота выполнена в Особом конструкторском бюро Московского энергетического института ( технического университета )

Официальные оппонента - член - корр. РАН, профессор

Баграх Л. Д. - доктор технических наук,, профессор

Класс-1 В. И. - доктор технических наук, профессор Сазонов Д. К.

Ведущая организация- указана в решении

специализированного Совета.

Зввдта состоится " 144014$^ 1994г. в ^ ) часов_минут

в ауд. А - 402 на заседании специализированного Совета Д - 053.16.11 Московского энергетического института

( технического университета ) по адресу 105835, ГСП, Г. Москва, Е-2Б0, ул. Красноказарменная, д. 17. Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " " 1994г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент (<

[л! л V1 /д.И.Курочташа

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время значительно возросли требования, предъявляемые к информационным, связным, радиолокационным комплексам по быстродействию, точности управления кх характеристиками в процессе • работы, по увеличению времени активного функционирования в автономных и автоматических режимах. Преаде всего, такие проблемы возникают при создании радиосистем космического базирования о ограниченными возможностями ремонта и замены неисправных узлов и подсистем или полним отсутствием таковых.

Применение в подобных системах мйогоэлементных антенн в виде фазированных антенных решеток (ФАР), гибридных зеркальных антенн (ГЗА) с облучающими антенными решетками (АР), относящихся к классу антенн о обработкой сигналов, позволяет существенно расширить функциональные возможности радиосистем. С другой стороны, при этом увеличивается степень сложности системы в,целом, и снижаются ее показатели надежности. Быстрый прогресс техники в области микроэлектроники СВЧ, вычислительной микропроцессорной техники, космического материаловедения создают предпосылки для решения задач ка новом уровне с использованием адаптивных возможностей многоалементных антенн по отношению к изменяющимся условиям эксплуатации.

Известные в нестоящее время алгоритмы управления антеннами не обеспечивают возросших требований по точности управления диаграммами направленности (ДН) и быстродействию при наличии искажений в амплитудно-фазовом распределении поля в рэскрыве антенны, возникающих в процессе эксплуатации. Приемные адаптивные АР лишь частично восполняют этот пробел, так кок в

указанный класс не входят передающие АР, ГЗА и многовлементные антенны, стабилизируемые по нетрадиционным показателям качества - типа фиксированного положения фазового центра, базового . расстояния, положения провалов в ДН, крутизны пеленгационной . характеристики и т.д.

Таким образом, необходимость, разработки принципов построения многовлементных'антенн с адаптивными свойствами по отношению к изменяющейся в процессе ,эксплуатации собственной структуре и обладающих повышенным быстродействием и точностью формирования ДН представляется достаточно актуальной задачей.

Возрастающее число публикаций на эту тему в России и за рубежом, рост числа изобретений на устройства ■ и способы управления характеристиками АР в последние года также свидетельствуют о важности к актуальности темы диссертации. '

Цель'диссертационной работы.

Создание нового научно-технического направления в антенной технике, заключающегося в разработке и обосновании принципов, построения класса многоэлементных антенн, адаптивных к неисправностям собственных . элементов • в автоматически стабилизирующихся , по приоритетным параметрам в изменяющихся условиях эксплуатации, на базе метода апертурных ортогональных полиномов.

Обоснование нового метода апертурных ортогональных полиномов (АОП) и его применение для решения различных задач антенной техники, в частности, для разработки быстродействующих алгоритмов фазирования АР, учитывающих текущее реальное амплитудно-фазовое распределение поля в раскрыье антенны.

Методы исследования.

Для достижения поставленной цели в работе используются интегральные представления волновых полей в дальний зоне с

использованием функции Грина свободного пространства, удовлетворяющие уравнениям Максвелла, полиномиальные разложения функций амплитудного и фазового распределений плоского раскрыта и численные метода решения системы нелинейных уравнений относительно неизвестных функций фазирования.

Нвучная новизна работы состоит в :

-разработке и обосновании нового метода в антенной технике - метода апертурных ортогональных полиномов, на основе которого разработаны принципы построения многозлементных антенных устройств, адаптивных к собственным неисправностям, и формирующих провалы в ДН в направлениях прихода внешних помех с использованием быстродействующих алгоритмов управления;

-формулировании и доказательстве нескольких теорем теории антенн, имеющих важное прикладное значение; .

-в разработке алгоритмов фазового синтеза нулей в ДН на основе метода АОП, в том числе секторных зон режекции, формируемых для подавления широкополосных помех;

-в доказательстве невозможности подавления симметричных дифракционных лепестков в ДН плоских АР с периодически расположенными разреженными элементами путем направленного изменения фазового распределения шля в раскрыве;

- в разработке быстродействующих алгоритмов фазирования строчно - столбцового типа, обеспечивающих приближение к линейному фазовому <{ронгу по норме пространства Ь2 с учетом фактического амплитудного распределения поля в раскрыве антенны и обладающих большой точностью и устойчивостью ориентации ДН в заданном направлении по сравнению с традиционным методом приближения к заданному линейному закону фазирования;

- в разработке и обосновании нового метода фазового синтеза в ближней зоне для бипланарной диаграммообразуюцей схемы (Д00)

- 6 -квазиоптического ища, используемой в качестве облучающего устройства гибридной зеркальной антенны;

-в обосновании принципов построения антенных уст ройств . нового класса, адвптишшх к собственным неисправностям, основанных на стабилизации приоритетных параметров антенны с использованием целевых функционалов,, определенных на множестве управляющих воздействий* и . обладающих ' повышенными характеристиками надежности.

Обоснованность и достоверность полученных в работе ■ основных результатов и выводов подтверждается путем сопоставления с некоторыми аналогичными . результатами,, полученными.другими методами и данными, экспериментальных исследований.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в. том, что' использование разработанных методов И алгоритмов группового управления многоэлементными антенными устройствами типа ФАР и ГЗА позволит увеличить точность и быстродействие управления их характеристиками в реальном масштабе,' времени, а внедрение принципов построения антенн, адаптивных к . собственному состоянию, в практику: антенностровния позволит . придать уже существующим и вновь проектируемым ФАР н 1Ш новые функциональные свойства путем включения их в более сложные комплексированные системы и повысить их надежность с помощью алгоритмических способов компенсации искажений при наличии возникающих в процессе эксплуатации отказов."

Технико-экономическая эффективность, таких комбинированных -, антенн может Сыть достаточно высокой ; при- минимальных дополнительных затратах, расходуемых на. •создание объединяющей ДОС и подсистемы управления с новым программяо-алгоритюпэск'/м . обеспечением. Например, . повышение в несколько .раз ъримепи

активного функционирования сложного антенного устройства типа ФАР и ГЗА, входящего в' состав спутниковой радиосистемы на орбите, может дать экономии, сравнимую со стоимостью запуска нового ИСЗ.

Практическая реализация результатов работа осуществлялась при выполнении ряда НИР и НИОКР в рамках межвузовской программы "Излучение", НИР "Гибрид", "Шикотан", "Трубрик", "Коскон" проведенных в интересах ряда организаций Минсвязи и МО, о чем имеются соответствующие актн внедрения. Советом по статистической радиофизике результаты НИР " Шикотан " признаны важными и включены в ежегодная доклад РАН по отделению общей физики.

Апробация материалов диссертации проводилась на конференциях, симпозиумах и семинарах международного, всесоюзного и республиканского уровней: на IX и X мевдународных римпозиумах по ЭМС в Польше (Вроцлав, июль 1908г.) и в Японии (Нагоя, сентябрь 1989г.), - на НТК ШЕИ в Болгарии (София, октябрь, 1999г.), Всесоюзных семинарах Высшей школы по прикладной электродинамике - г.Москва (1979, 1983, 1987, 1988, 1989, 1990 гг .), Всесоюзных НТК - г..Ереван, ВНИИРИ, (1985г., ноябрь). Всесоюзной НТК - г.Одесса, (сентябрь 1988г.; сентябрь 1991г.), Всесоюзных НТК по ТТА, Всесоюзной НТК "Современные проблемы радиоэлектроники", г.Москва ( 1995, 1988,- 1990 гг.), Всесоюзной" НТК "Математические метода анализа и оптимизации зеркальных антенн различного назначения", - г.Свердловск (1989г.), Всесоюзном семинаре высшей школы по прикладной электродинамика,- г.Ленинград (1991г.), 46-Всесоюзной научной сессии НТО им. А.С.Попова, посвященной дню Радио, - г. Москва ( 1992г. ), Республиканской НТК "Фазированные антенные решетки", -г.Казань (1992г.).

Публикации.

' Основные научные результаты диссертации опубликованы в 48 работах ( 1.'. .48 ). В работах, выполненных в соавторстве, соискателю, принадлежат: постановка задачи, .разработке алгоритмов"решения, методов экспериментального исследования и анализ результатов.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и списка литературы из 217 наименований. Объем работы 452 страниц.

Основная часть содержит 299 страниц машинописного текста, . 172 рисунка и 35 таблиц. '

Содержание работы.

В первой главе излагается суть метода АОП и проводится его обоснование.

Двумерная функция фазового распределения Ф(х,у) е 1я основной скалярной компоненты векторного шля в плоском раскрыве антенны П представляется в виде разложения в обобщенный ряд фурье по ортогональным полиноме« с весовой- функцией, соответствующей амплитудному распределению атой же компоненты - Р(х,у> е I., ■ .

1>=от«о О)

г р(х,у) , <х,у) е 0 р(х,У) = -{

10, (Х,у) G (-1,1) 6 (-1,1) \ П

В этом случае гармоникам фазового распределения отвечают "стандартные" фазовые искажения..Так, линейные члены фазового распределения характеризуют ( с учетом. 'амплитудного распределения поля в раскривв ) углоьой ;. наклон аккшедмггкого фчзового фронта'и пространственную ориентацию (ДО№">го л^гие-тка

ДК в смысле наилучшего среднеквадратичного пркб-йижешя. При атом любые нечетные фазовые искажения, описыьаемиа высшими гармониками, на вносят изменения в наклон эквивалентного линейного фазового фронта, в отличие от общепринятого в антенной технике степенного разложения фазового распределения. Это же свойство, в силу ортогональности исгользувмых функций на данном раскрыв©, относится и к нелинейным искажениям высших порядков, так, например, все квадратичные искажения описываются только второй гармоникой, кубичные - третьей и.т.д.

Важная особенность указанного представления заключается в том, что быстроменяющиеся функции, фазового распределения, используемые для управления положением и формой ДН и описываемые отрезками ряда Фурье пб фиксированному набору ортогональных полиномов, отделена от медленноменяющейся функции

- амплитудного распределения. Изменение амплитудного распределения влечег за собой генерацию новой. последовательности ортогональных "полиномов, поэтому в алгоритмах фазирования плоских ФАР используются редкоменяющиеся наборы ортогональных полиномов.

Известно, что выражение для ДН компоненты векторного поля плоского нормированного раокрыва описывается интегральным оператором:.

„„ , а(0т) г Г -Ш(Ох + Vy) +1Ф(х,у)

f<e,«p) -a^aSPi J J в e p(x,y) dx dy , (2)

- * -»

где а(в,ф) определяется поляризационной структурой и направленностью элемента dxdy раскрнва, U=sin9cos<p, V-=sln0siap

- направляющие косинусы волнового вектора.

. При малых фазовых искажениях, норма которых определяется допустимой величиной снижения коэф$ицивнта усиления (КУ) з главном направлении, справедливо разложение экспоненты

е1Ф(х,у) в рЯД Тейлора с сохранением первых членов ряда: , е1Ф(х.у) _ ^ + 1Ф(х,у) - ^(х.у) - ... . ] (3)

Выражение (2) может Сыть точно проинтегрировано, если ядро интегрального оператора представить с помощью вырожденной

теоремы сложения для Бессолевых функций в виде ряда -Неких + Уу) 1С

в - -~УУ (2т+1) (2г+1) (-1 Г'

2к1-/тГ

^л(кЮ)^^(ЫУ)Р1>>(х)Рг{у) ,. (4) а - *

где Рга(х), Р([у) - полиномы Лежандра т -го и г-го порядков, (й) - функция Бесселя полуцелого индекса, а

а

Ф(х,у) и р(х,у) - можно представить в .виде отрезков рядов по полиномам Лежандра и использовать условия их ортогональности на интервалах (-1,1) по х и (-1,1) по у о предварительным разложением попарных произведений полиномов Лежандра в ряд по этим же полиномам

л<*> р <*> -"54 Ух> -

-1

Полученное таким образом выражение для ДН в далмшй зоне . представляется в виде линейных комбинаций произведений. сферических функций Бесселя но угловым гюр;миишм и л V, е . разложение комплексного распределения теж-э ипи пси,,; в р^'ьрЫБи - в виде рядов по полиномам Лежендра

Л ч '

2 и- ¿г. ;<-

*" - - = С'-"

- 11 -

где Ф(х.у) - И ^ ^ Ъ„ <!„ Р„(х) рм(у),

т п

Р<Х'У> " | ^ с5 «л Р^(у)."

Такое представление имеют вытянутые угловые и радиа-льные сфероидальные функции нулевого порядка, являющиеся собственными функциями интегрального оператора (2) с симметрическим положительно определенным ядром.

Выражение для ДН линейной антенны, .'приведенное в монографии Минковича В.М. и Яковлева В.П. "Теория синтеза антенн полученное методом собственных функций интегрального оператора линейной внтенны в координатах вытянутого сфероида, полностью аналогично формуле для ДН, которая выведена описанным выше способом для одномерного распределения поля.

Справедливость интегральных представлений для дискретных и непрерывных распределений поля обосновывается, во-первых,тем, что интегралу в(2) трактуются в смысле Римана-Стильтьеса, а Ьо-вторых, физически реализуемые амплитудно-фазовые распределения принадлежат классу непрерывных функций, по крайней мере - с непрерывной первой производной.

С пойощыо метода АОП в первой главе сформулированы и доказаны четыре теоремы теории антенн, " имеющие важное прикладное значение. . ' . • -

. Первая теорема утверждает, что угловое положение главного лепестка не зависит от характера амплитудного распределения поля только в единственном случав - синфазном или линейном фазовом распределении поля в раскрыве. Доказательство проводится для линейной антенны с фазовым распределением, задаваемым функцией Ф<х) = ахга. Так как угловое положение луча определяется коэффициентом линейного члена фазового распределения, то, в терминах метода АОП, направляющий косинус волнового вектора равен

-12 - ;■ .-■,'•■ ' 'COST « 8MC,, где p,(x) » bJl * a№ - '

ортогональный пшшном на нормированном рвокрыве с веооир(х) ,а С - коэффициент Фурье разложения Ф(х) в ряд по ортогональным .

полишиш Ф(х) - ^ Спрл(х) с индексом п - 1 ;

• о " -

cos 7 - altJ$(x) Pt(x) p(i) dx .

Интегрирование по частям о использованием свойства ортогональности приводит к выражению:

ос® 7 .а.г - (И)/ а х"*"' J<eMy + aio)* р(х) dy dx + • 4 *

+ «^.(HbDja x""J(auy + 8,0) p(x) 'dy dx, ; (8)

»3 которого следует, что только при m - 1 угловое положение дуча н« зависит от вида функции амплитудного распределения. Огскда, например, можно заключить, что.при нелинейных законах фазирования ( дискретизации, использовании нелинейных законов . фазирования. в задачах фазового /синтеза или появления неисправных элементов) амплитудные искажения влияют на угловое положение главного лепестка ДК. . ■ , ..'

Вторая теорема дает оценку степени . снижения ' коэффициента усиления плоского раскрыва при нелинейных фазовых искажениях Г поля в нем:.. " • • . '' •.'■;.-' " ;■

Величина относительного снижения :: коэффициента усиления плоского раскрыва в главном направлении гфопорцуюндльна' сууме. квадратов коэффициентов Фурье высших • гармони^ - при -

Фпяового распределения поля,' яячияяя со" №>{«.»"1 го'-м «ики;- в £«д . ис» рдартурким ортогональным лоллномям ' с .• «ысоиой- /функцией ' ьмп.пи тудным распределением.. '' ■

Доказательство сьодигоя к .оцчш« лислатмн ' . ' ••. : -

где (80,ф0)- угловое направление максимума главного лепестка ДН;

Р^-Входавя мощность плоской антенны, поскольку флуктуации Р

вх

при различных законах фазирования, как показано Шифриным Я.С., : значительно меньше, чем флуктуации числителя. О использованием свойства ортогональности ' полиномов на нормированном раскрыва (-1,1)®(-1,1) с весовой функцией р(х,у) можно показать, что

' V • - ^ Ее * 'НгЕ X XX ч,) • <».

* . в * П П I* I

Для одномерного случая с применением равенства Парсеваля

т 1 _ Ф(х),Ф(х)) - С* - с* ] , (11)

где С0- коэффициент усиления (КУ) лйнейного или синфазного раскрыва, О - КУ антенна при наличии фазовых искажений.

Значение этого способа оценки степени снижения КУ состоит в том, что' появилась возможность оперативного контроля .... энергетических характеристик ФАР во время ее . функционирования по информации о фактическом фазовом, распределении поля в раскрыве, задаваемом устройством управления. С помощью этой теоремы получена оценка нормы фазовых искажений, непревышение . которой гарантирует сохранение КУ в пределах заданного допуска:

. ¿*>и>1 . (12)

Теорема о фазовой характеристике и фазовом центре линейных и плоских антенн. ■

Линейнаяили плоская антенна с синфазным или линейным фазовым распределением и произвольным амплитудным распределением поля в раскрыве имеет минимальную крутизну фазовой.характеристики в дальней зоне только тогда, когда центр тяжести амплитудного -распределения совпадает с началом координат. Доказательство этого утверждения проводится о

использованием представления комплексной ДН раскрыва по основной поляризационной компоненте поля в виде (б) с анализом влияния четных и нечетных гармоник амплитудного и фазового распределений. Для частного случая линейной антенны с произвольным амплитудным распределением В1факение для фазовой характеристики в дальней зоне представляется формулой:

со

Ф(У) - йratg ---:- , (13)

■ X <и>

гч*0

1

где И - Ыб1п0; р(х) - ^ Спрп(х); /р(х) рп(х) (1х.

11= О

- 1

Из (13) следует, что если С(=0, то З^де <Р(и) « О^зи").

Это условие эквивалентно уравнению $ хр(х)Лх

X, = Ц- =о. (Н)

/р(х)с!х - 1

А - ■

{ так как - X р1(х)р(х)0х =0 ). , - »

Физическая интерпретация ( 14 ) соответствует утверждению сформулированной теорему. Анализ искажений амплитудного распределения, внзванннх Езакмним влиянием элементов антенной решетки в процессе сканирования, позволил оценить флуктуации частичного фазового центра ' антенны. Например, при построении измерительных антенн фазового пеленгатора но базе АР такая информация совершенно необходима для повит ния точности ог^/еделения угловых координат рвдюисточника.

Четвертая теорема устанавливает слчдукщин условия подавления широкополосной помехи, действуюцгй на плоскую ФАР: для »И^ктиьного подавления мирокополпеж!!* 1Г»«хи, прй<тмчич»а

- 1Р -

плоской ФАР с произвольным амплитудным распределением поля н раскрыве, относительная ширина дети провала пи двум ортогональным сечениям ДН в дилишй зона должно быть пропорциональна относительной ширине спектрн помехи

где О, V - шгарарлящую косинусы линии визирования помехи; Д1Г,ДУ'- ширина зон режекции, Д£ - ширина спектра помехи; Г -несущая частота.

Доказательство теоремы проводится с использованием метода АОП путем непосредственной оценки полного дифференциала ДН по угловым и частотной переменной. Минимум полного диф^ронпу.ала достигается при выполнении условий -(15) и условия (14), обобщенного на двумерный случай.

На рис. I а,б,в показаны расширяющиеся .с удалением от главного лепестка зоны режекции в ДН линейного рвскрнва, обеспечивающие подавление широкополосной помехи с относительной шириной-спектра А Г/Г - 10%, а на рис. Iг - синтезированные законы фазирования, обеспечивающие формирование этих провалов.

Для этого используются различные сочетания высших гармоник фазового распределения, представляемого отрезком ряда Фурье по апертурным ортогональным полиномам.

Во второй глявд рассматриваются вопросы формирования нулей в ДН <г."|Р в направлениях прихода помех с использованием метода АОП. Основное отличив этого подхода от традиционного поэлементного метода поиска весовых коэффициентов передачи, вводимых в парциальные каналы излучателей АР, состоит в том, что необходимое АФР синтезируется для всего плоского раскрыта. Если решается задача амплитудного синтеза, то искомое амплитудное распределение представляется отрезком ряда Фурье по ортогональным полиномам с неизвестными коэффициентами, которые

А Г {

АЛ и

д V

V

(15)

- 16 - . '

определяются из решения системы линейных уравнений при таком

сочетании числа и номеров гармоник, соответствующих числу

нулевых провалов, чтобы обеспечить минимум суммы квадратов

коэффициентов Фурье используемых гармоник. .

Если же решатся задача фазового синтеза нулей в ДН ФАР, то

исходная система уравнений относительно неизвестных

коэффициентов гармоник ' фазового распределения является

нелинейной, с фиксированным амплитудным распределением,

используемым в качестве весовой функции для генерации

ортогональных полиномов раскрива.

Для линейной антенны система уравнений имеет вид:

. с -iklxsinö„ Щх1 f(6q) J е 4 е р(х) dx - 0. (16)

где бч-угловое направление формируемого провала, Ф(х)=^Сп,pnJx).

Здесь М - число защищаемых направлений, и, если ФАР обладает .. фазовым центром и система уравнений (16) - действительна, а используемые гармоники только нечетные.

Если же фазовый центр ФАР отсутствует, то число -защищаемых направлений равно М/2. и в этом случае используются четные и нечетные гармоники, а система уравнений (16) становится комплексной. Из множества допустимых решений выбираются такие,

Ы

которым соответствует минимум функционала 1=т1пУ С2,

М п>

обеспечивагаций минимальное снижение КУ в главном направлении. Этим условием гарантируется достижение глобального экстремума на конечном множестве сочетаний .гармоник фазового распределения.

В связи с тем, что для периодических АР с увеличенным межэлеменгным расстоянием необходим учет . амплитудного распределения как в пределах элементарной ячейки, так и всего

раскрыва, в качестве весовых использовались следующие функции, определенные на (-1,1):

р (х) - cos"m—— х, Н - нечэгное; Рй(х) - Bin -^¡L. х, N - четное; Р„(х) -1 - sin'" "J х, N - нечетное;

(18)

ра(х) -1 - cos х, N - четное;

для линейного раскрыва и nonapmie произведения агих Функций для квадратного или прямоугольного рискршюв (х,у) е (-1,1) & (-1,1).

, Указанные амплитудные распределения позволяют, с одной стороны, осуществлять плавный переход от дискретных распределений к непрерывным, а с другой - допускают точное интегрирование выражений типа (2) для ДН после эквивалентного представления (17) и (18) в ' виде конечных сумм тригонометрических функций кратных дуг. Например, для р£(х) - cos"" ■ х получим

С

sln("kl(sln 9 - sin 0о) - Wx(m-q)) -:--+

kl(sin 9 - Gin 0 ) - N*(m-q)

sin( kl(s.in 0 - sin 80). + Nrc(m-q) )"| sin( kl(sln 0 - sin 9 П

kl(sin 0 - sin 9o) + Nic(m-q) J I ""J kl(sln g _ sla J

(19)

где 0o - направление максимума главного лепестка ДН.

Условия kl(sln0-slri9o)=. - Nn(m-q) (20)

опред- .мют угловые направления q - тых дифракционных лепестков.

На рис. 2а показана периодическая ячейка линейной ФАР, определенная доля которой заполняется распределением поля или тока в зависимости от показателя m для pt(x) и р2(х), а на рис. 26 приведен« зависимости амплитуд первых дифракционных лепестков от показателя степени т. Для варианта ФАР с амплитудным распределением, задаваемим рх(х), в ДН происходит

аои.штотичиекое выравнивание максимумов всех лепестков ДН (кривая 2), для варианта- ФАР с амплитудным распределением Рг(х) ( кх'ивая I) максимум главного лепестка ДН с ростом ш стремится к I, а максимумы дифракционных лепестков '. стремятся к О, совмнщчясь в случае предельного непрерывного раскрыва с ювшмум&ми апертур|«х' лепестков.

Космотря на то, что эти факты известны, приведенная простая аналитическая трактовка динамики .- дифракционных лепостков полезна в .методическом и инженерном отношениях, в процессе выбора геометрии периодических АР.

Анализ фазовых возмущений в раскрывах антенн с амплитудным распределением типа (17) и (18) показывает, .что каждой п -й гармонике разового распределения отвечают в ДН слагаемые вида . Зп(к151пВ) +-^-Зг(к1Б1п0 - Нтс(т-ч)) + ^(к1Б1п6+ №с(т-<1)). .

где ¿„(0) - сферическая функция Бесселя. . ..... Отсюда следует, что в периодических АР невозможно подавить одновременно симметричные относительно главного максимума дифракционные " лепестки без существенного искажения формы и ' амплитуды главного лепестка ДН. - ' ; ','"■

И, наконец, на базе метода АОП решаются задачи фазового синтеза по формированию секторных провалов в ДН ФАР в заданных, направлениях и нулевых провалов в ДН комбинированных антенн, состоящих из остронаправленных зеркальных' антенн' с неуправляемым раскрывом и компланарных малоэлементных ФАР,' . предназначенных для . подавления апертурных . лепестков остронаправленной антенны. .

Трдтья глава. посвящена вопросам применения. метода АОП для построения быстродействующих алгоритмов фазирования плоских ФАР с различной геометрией и разработке алгоритмов фазирования облучающих АР Ь ближней зоне для гибридных перки.пьных .антенн.

-20В связи с возрастающими требованиями по точности управления характеристиками ФАР и по их быстродействию проводится совершенствование алгоритмической базы ФАР, предназначенной для управления ДН в реальном масштабе времени. Так как метод АОП в большой степени учитывает внутреннюю структуру и геометрию плоских ФАР, естественно использовать его для построения ■ быстродействующих алгоритмов фазирования и,в первую очередь, алгоритмов ориентации главного лепестка ДН в заданном направлении, в качестве критерия быстродействия применяется целевой функционал

Ф, « min шах Т + min Т,; ; (21)

1 qr I

где q е Q; Q - множество ДН ФАР или ГЗА- в секторе обзора,

г е R- множество аппроксимирующих агрегатов, обеспечивающих . с заданной точностью приближение реализуемых ФАР к заданным; Tq г - время расчета фиксированного АФР, соответствующего q-той ДН при г -том варианте аппроксимации; : Tt- время, необходимое для установки найденного АФР При 1 -том варианте технической реализации подсистемы управления. Критерий точности установки главного лепестка ДН плоской ФАР в требуемом, направлении может быть задан в терминах переменных метода АОП в форме ' ' -

t

Ф= min ГбВ2 + sln2e Сф* 1 1 s е (22) .

где се

=агсз1п[ет с/ (а«с,о + Ч.А,)' + <ь41со1)г-?1п0о}];

где

-2159, 5<р-угловне смещения по координатным направлениям в сферической системе координат;

а11.Ъ11,ЬЛ4 - коэффициенты ортогональных анертурных полиномов первого порядке, порожденных весовой Функцией -амплитудным распределением, С>о.Со4- коэффициента Фурье при линейных полиномах разложения в ряд текущего фазового распределения поля в раскрыве;

варьируемые фазовые сдвиги на (n,m) - элементах. При этом направляющие косинусы вектора ориентации главного лепестка ДН определяются формулами: cos тг = а С + Ъ С

'и At to ftt Ot

СОВ У - Ь С ,

•у (А . О!

Для частного случая - симметричного 'амплитудного распределения и прямоугольного раскрыво ФАР - формулы (23) полностью совпадают с соответствукщими формулами Рондика О.Г. и Шифрина Я.Д., если выразить коэффициенты ортогональных полиномов и коэффициенты Фурье через моменты , второго порядка амплитудного и фазового распределений:

2Хч рСх - Р<Х.-У,> - -V

(24)

\J

Формулы (23) имеют болеэ.общий характер и ирим'-чтмы для плоских раскрывов с. произвольной границей контура.

С - использованием метода АОП могут быть построены двухшкальные алгоритг.ы фазирования плоски; рпокрнпоы строчно-столбцевого типа ^ - обладамнио лчк-юл:.::;;™ быстродействием.- Такие алгоритмы прямчняял-ся для 'ТАР, в частности, когда основная часть их эл-чонтл» /--о^рз-ит нялордорпдннэ фадорржтчла с крунн-.'м rra'Mwi! м w-i • '

фазирования ( ™ 80" общего числа) и краевую группу элементов с малой величиной минимального шага дискретности, обеспечивающие точность ориентации главного лепестка ДН в ~ (1-2)8 от ппфины ДН по половинной мощности. Приближение к эквивалентному фазовому фронту осуществляется при этом в среднеквадратичном смысле.. По сравнению с традиционным методом поточечного приближения к заданному линейному закону фазирования при наличии дискретных фазовращателей алгоритмы среднеквадратичного приближения обеспечивают более высокую точность установки луча в требуемом направлении ( относительная ошибка ориентации максимума в 5 - 10 раз ниже).

В диссертации предложен приближенный метод локального обращения матрицы полных сопротивлений, основанный на использовании усеченного матричного ряда Неймана. Применительно к линейной АР с излучателями вибраторного типа определение комплексных амплитуд возбуждающих токов 1> в точках питания вибраторов проводится по формулам:

i> - 2 < Е + Z >"* Un > - < Е + >_' Х)п > . (25)

где 0Д> - обозначает матрицу - столбец падающих волн в линиях питания; <Z> - квадратную матрицу полных 'сопротивлений, <Е> - единичную матрицу.

Если

1^-Ц - ЦАЦ < .1, (26)

где | АД — спектральная норма матрицы, то справедливо разложение ,

<Е+А>~*-<Е-А+А*-А*+...>. (27)

Разложение матрицы <А> на сумму циклических вырожденных матриц к последующее применение теоремы Гвршгорина об оценке максимальных собственных апачэний матриц- слагаемых позволяет

получить оценку максимального сингулярного числа, а, следовательно, и нормы |АЦ:

0 * * 2/л< •

где вк - | — г.к |, 1 # к - соответствует коэффициенту взаимной связи.

Из асимптотического выражения для нормированного взаимного сопротивления разнесенных элементов на расстояние, превышающее

~ (1 - 2)Х следует, что 121к | - [х~гтг( + ] и> так

как I|<1, то для линейных АР (26) условие выполняется всегда. Для плоских АР ряд Неймана также становится сходящимся, но при ограничении | | < ем< 1, где ем - зависит от числа взаимодействующих элементов с максимальным коэффициентом связи. Результаты численного расчета АФР по отрезку ряда Неймана с удержанием ■ 3 или 4 -х членов совпадают с приемлемой, для практики точностью с соответствующими данными по точной формуле (25) . Указанный подход удобно использовать для расчета АФР в краевых областях раскрыва и локальных возмущений, вызванных неисправностями управляемых устройств ФАР или аномалиями в парциальных каналах ДОС.

Последний раздел третьей главы посвящен разработке алгоритмов фазирования для биштнарной квазиоптической ДОС, используемой в качестве облучающего устройства гибридной зеркальной антенны. Особенность такой ДОС состоит в том, что с помощью двух проходных ФАР, находящихся в ближней зоне относительно друг друга, формируется сложное АФР в выходном раскрывв одной из АР, обращенной к зеркалу. Это АФР, в свою ' очередь, определяется после решения задачи численного фокального синтеза заданной ДН ГЗА в"дальней зоне.

' Поиск фазового распределения по элементам обеих АР (АРГ ' и

АР2) осуществляется в дальней зоне по критерию близости- к заданной ДН. восстанавливаемой но оптимизированным законам фазирования управляемых елементов квазиоптической ДОС.

I - min | Fje,<p) - F_(9,<p)Jt < е , (28)

Vi'' «

где F0(e,<p)- заданная ДН, ?п(в,<р) - реализуемая ДН,

соответствующая Зиксировашшм законам фазирования (U^ »V^)

и ©^(U^.V^) по элементам первой и второй АР. В качестве

промежуточного минимизируемого функциала рассматривается нижняя

грань невязки заданного и реализуемого амплитудно-фазового '

распределений в раскрыве облучающей АР в среднеквадратичном

приближении *

Д. - Inf J|D(P>e"WP> - AJp(Q) е^>сШ|« dSp ; (29)

где P и Q- точки, принадлежащие - первой и второй АР, соответственно, IUP)- заданное амплитудное распределение поля в в кластере API, Ф(Р) и Ф(0) - синтезируемые законы фазирования по раскрывай API и АР2, А - нормировочный коэффициент, определяемый из условия максимальной.передачи мощности от АР2 к API. Алгоритм поиска оптимальных в указанном смысле законов фазирования сводится к итерационной процедуре расчета ближних полей, создаваемых одной из АР вблизи раскрыва • другой и навязывания заданного амплитудного- распределения по элементам . каждой из АР с использованием аппарата матриц рассеяния, применяемого к квазиоптической ДОС при последовательной трансформации волновых полей от одного раскрыва к другому с учетом взаимного влияния элементов и степени согласования АР со свободным пространством. На рис. 3 показан пример восстновлмшя сс.тсторной ДН ГЗА с помощью оптимизированных 'законов фазирования по элементам квазиоптической ДОС. Недостатком этих алгоритмов определения законов фазирования является низкое быстродействие

-2EV

• (для расчета одной ДН требуется 3-6 минут на ЭВМ типа ■ EC-I033), поэтому 'в работе рассматривались быстродействующе ;приближенные алгоритмы фазирования, основанные наследующем ^приближенном методе. Для определения закона фазирования по

элементам . АР2, обеспечивающего приближение ' к заданному амплитудному распределению поля в раскрыве API по норме Ьи,

• отыскиваются координаты одной или' двух точек Фокусировки для .

• влементов АР2. В атом случае время вычисления необходимого

• закона фазирования составляет единицы миллисекунд.

Далее итерационная процедура .'фазового синтеза АФР в ближней 8оне была трансформирована для решения задач фазового ••'синтеза ДН в дальней зоне, подтвердившая эффективность етого метода при синтезе ДН косекансной формы г секторных ДН.

.Наконец, для построения быстродействующих алгоритмов

• управления положением луча ГЗА в зоне обзора использовались метода аппроксимации функций многих переменных для компактного -." представления АФР. в раскрыве облучающей АР, позволяющие существенно "сжать" объем необходимой информации с применением аппроксимирующих полиномов от двух переменных, степень которых не превышала 3.-При этом погрешность восстпнояления заданного АФР составляла (3 - 5)$, в скорость вычисления -

.'единицы мсек.

. В четвертой гляве рассматриваются принципы' построения антенн,, адаптивных к собственному состоянии, е.. использованием метода АОП и других методов. Б диеяртациотой работе предлагается проводить прои«дуру юсотгно'ш-ния или . стабилизации характеристик интсадш (в их^цасо.»» :-К1пед-ч,-чм,ии -и при наличии неисправностей) в соотмго-mw о •1<?м(><|м«м1мчм назначением рвдиосиотемы по приор»! к-, тлям ивр.ичтр&м при изменении их '~нячений ни б^.гичнны, ftv««» fit гу.-ги'чУ.

Соотьнтствуицтэ целевые функционалы стабилизируемых параметров . определены на множестве управляющих воздействий исправных алиментов АР. .Важное значение при атом приобретают вопросы • оценки надежности системы с учетом восстановления приоритетных параметров. Для ее анализа определяется фазовое пространство -множество отказовых ситуаций. Точкой или элементом такого пространства является совокупность неисправностей отдельных узлов антенной системы о ненулевой вероятностью возникновения, которая приводит к снижению приоритетного параметра антенны на величину,, большую допустимой. Это означает, что одиночные неисправности каких-либо еломентов (например, обрыв или короткое замыкание р-1-п - диодной фазосдвигащей ячейки фазовращателя) либо не приводят , к отказовой 'ситуации и конкретного стабилизируемого параметра антенны,либо становится таковой. Смена приоритетных параметров меняет структуру фазового пространства, к атому же приводит и изменение допуска на стабилизируемый параметр. В -етом состоит одно из . главных отличий предлагаемых принципов построения

антенных систем, адаптивных к собственному состоянию, от ' имещихся в известных публикациях методов компенсации отдельных неисправностей вне зависимости от назначения радиосистемы, так как они направлены на устранение влияния конкретного элементарного отказа. Анализ множеств отказовых ситуаций и оценка надежности многовлементной антенны должны быть проведены на проектном этапе, о целью обоснования допусков на стабилизируемые параметры и определение минимально необходимой избыточности системы, однако большое число вариантов сочетаний элементарных отказов, приводящих к отказовой ситуации, реоко усложняет ату задачу в практическом плане. Для втого предложен способ сужения множества отказовых ситуаций, заключающийся в

том, что отдельную откяэовую ситуацию образуют сочетания наихудших элементарных отказов. Такой способ оууишя множч^тве отказовых ситуаций позволяет на проекмном этап* провести анализ надеююсти антенны, а тчкад построить более оптимальную стратегию контроля управляемых элементов, заключающуюся в первоочередной проверке тех элементов, которые входят в большее число отказовых. ситуаций и в основном, определяют вероятность выхода из строя всей системы.

При этом оценка надежности антенн, -адаптивных к собственному состоянию, проводится о учетом возможной последуедей компенсации искажений в раскрнво, вносимых отдельными отказовыми ситуациями, до^кцимц максимальную вероятность возникновения. Применение алгоритмического способа повышения надежности позволяет ре?ко улучшить характеристики. надежности системы в целом и в сочетании о традиционными способами резервирования время активного футодоонидования-. антенны увеличивается в несколько раз. Этот вывод следует из оценок вероятности отказа многоэлеменгпой систиу.ы, которчя , определяется, в первую очередь, наймете надежными элементами ДОС - фазовращателями или делителями мощности, содержащими, например, полупроводниковые даодн. Результаты численного моделирования показывает, что полная вероятность отказа системы имеет ярко выраженный максимум на временной шкале, сдвигающийся вправо кчк с ум^ньталтем частоты отказов элементов, так и при увеличении допустимого числа элементарных отказов, искажения АФР эн счет которых компенсируются исправными элементами. Последнее означает, что использование корректирующих алгоритмов, стобиля^ирук'дих приоритетный долевой Функционал, позволяет ргяко увеличить надежность функциониропяиия системы в целом.

-¿е- ...

Наиболее просто осуществляется стабилизация заданного углового направления.главного лепестка антенны.

При формировании провалов в ДН антенны в фиксированных. направлениях прихода помех какие-либо искажения в АФР приводят' к ухудшению качества подавления (смещение нуля, да и заплывание . провала ). Стабилизация положения к глубины провалов в ДН ' проводится . путем нового решения системы уравнений (16) о учетом искажений, вносимых неисправными элементами. На основё . итерационнного метода фазового синтеза формы ДН ..может быть ■• осуществлена стабилизация формы ДН- ,./, ,. '• '

В диссертации достаточно подробно исследован метод изофазннх подставок, применяемый в • каче стве универсального алгоритма компенсации о использованием критерия, соответствия . тлей. Метод апробирован. для линейных и плоских ФАР. и; для ГЗА с ДОС раоцхз делительного и квазиоптичаского. типов. На рве. 4в, в .',-• показаны результаты восстановления луча ГЗА с ДоЬ распределительного типа при отказе 7 (рис.4а) и 1Э ;(рио.4б) ' , проходных фазовращателей, составляющих кластер. В ; табл.1 приведены некоторые интегральные параметры . луча, ' соответствующие исправной ДОС, отказавшей и „ДОС сйодоСранным вариантом изофазных^ подставок, обеспечивающих восстановление исходной ДН. Результаты моделирования отказов и восстановления ДН в процессе адаптации для ГЗА с ДОС квазиоптачаского: /тапа также подтверждает высокую устойчивость систвки по отношению к множественным отказам элементов(табЛ.2). Рарчет вероятности отказа . ГЗА с. ; квазиоптической "ДОС. . (ДОС состоит ;иа полупроводниковых фазовращателей, д^я котора Ю-*

»/час и Х<ххи 0,2 Ю"в */час) при выходе из..отроя 10 элементов АР, входящих в кластер формируемого луча, дает, величину р,42б, а применение процедуры компенсации сникает вту величину до 0,01

I ~-^Шц»метры пуеР вариант ДН ЛРШ дБ УБЛ дс в град. Лво.в % ? -Здв

I Исправная ДО0( кривая 1 ,ри<: ,4а V 7 отказов в ДОЛ кривая 2,рио.4а) После адапташкириоая 3,рис.4а) 0,0 -1,4 *0,4 -13,8 -7,1 -15,1 0 1,06 т0,08 0 -43,1 0,947 0,042 0)884 1,0 0^0 0|847

2 Исправная ДОЯкривая I,рис.46) 19 отказов в ДОО( кривая 2,рис.46) После адапта№ш( кривая 3,р«с.46) о;о -0,9 «о,в -17,Ь -2,0 -15,1 0 1,40 г0,21 0 -62,2 6,4 0,940 0,170 0,675 1.0 0,б98 0,865

.- ■■■ ' Таблица 2 -

Параметры ГЗА ммликетрсвого даавдзсга до я псчзе адаптации к отказам в $11, располохиашх в АР с мшщьт алгоритма вэо^азаоО '. подзтавка -

Ширина луча ис^ правноР антенны Состояние ДО- I 2 ■ 3 ■ 4 5 . 6

:' дБ ' УЕЛ Др За9о,5 % град. Ъ ^-ЗдБ

0,5° (УБЛ исправной ГЗА -■-.' -22,7 Ч г19,5 дБ) Отказ 12 -г 21 ШАР 3** -7,6 г -2614 ОД24 г 0,210 0,0432 т 0,1647 0

Адаптация -И.8Ч -13,7 -6г 3 О.ОШ г 0,016 0,0721 ? 0,9191 0.Е276 -0,9013

I (УБл'ис- правной 1Т;Д -28,3 -г: -27.0 дЕ) Отказ 25 4 38 ФВ АР О^Е. ' -6,3 -¡г - -72 -32 0,237 г 0,624 0,ШЬ4 -5 0,1БЬ2 0,0 052614

Адаптаиил -1,0 ; -23,6 5-17,0,--. -17 4 - .9 0,018 ; 0,6667 4 а,еб?1 0,6053

.• I - снижение К",-2 :-.' ш!кекен®г. ОТ1, 3 - растерение Дг & 4 - смещение; маклачка главного аеиастт, Ь - геличимв критер-ггл ^острспггркк?. поле"1, - ' . : б ~ \ ' »эМ9нвт1в.-!«!кН№вдае8г«а:иа^штюг запк вбаат (обслуживания) : нл Земло. по .уроеш*-ч>д5.; . "

при £0 ООО часов эксплуатации. Для реализации таких показателей надежности необходимо иметь подсистему контроля и подсистему управления,обладающие по крайней мере такими же показателями надежности.

Пятая глава посвящена результатам экспериментальной проверки основных теоретических положений метода АОП и особенностей формирования ДН ГЗА с ДОС различного типа. С помощью линейной 16 элементной ФАР ТНА-03 в 10 - см диапазоне •волн была проведена проверка точности установки луча при дискретном нелинейном фазировании.

Прогнозирование положения луча - осуществлялось путем расчета углового положения эквивалентного линейного фазового фронта по методу АОП, которое затем сравнивалось с измеренным. Отличие расчетных и экспериментальных данных не превысило ( 3 -6 ) % от ширины Дн\ что может считаться 'хорошим результатом, тем более, что при расчете использовались номинальные вначения фазовых сдвигов без проведения калибровочных процедур, о помощью которых указанное отличие могло быть еще уменьшено.

Для проверки эффективности формирования нулей в ДН в . предполагаемых направлениях прихода помах . методом АОП использовалась 10 - элементная линейная' ФАР с канальными проходными фазовращателями 10 - см диапазона; Например, для формирования провала в направлении второго бакового, лепестка исходной ДН в раскрыве АР создавалось фазовое распределение, соответствующее 3-й гармонике. По сравнению о первоначальным уровнем ДН в втом направлении, составлящим - (14.. .16) дБ.была достигнута глубина провала - (25,..30) дБ. Аналогичные . результаты были получены , и при формировании провалов в направлениях 1-го и 3-го боковых лепестков исходной ДН.. '

Исследование особенностей формирования ДН ПЗА проводилось

для облучающих АР, амшштудно-феаовне распределения•в которых создавались с помощью квазиоптической и распределительной ДОС с управляемыми делителями мощности. Получено хорошее совпадение расчетных и . экспериментальных Ш ГЗА ' при сканировании в зоне обзора узким лучом, кластеры которых формируются ДОС обеих типов. Однако распределительная ДОС "елочного типа" имеет при большом числе элементов (более 16) многоэтажную структуру и большие вносимые потери. Использование такой ДОС в ГЗА, адаптивных к собственному состоянию, • затруднено, так как общая надежность системы определяется, в первую очередь, надежностью управляемых элементов основного .стволового канала. В процессе экспериментов проверялась возможность формирования заданных АФР с помощью резервных ячеек управляемых делителей мощности, ¡являющихся "горячим" аппаратурным резервом.

В" процессе экспериментальных исследований ФАР и • ГЗА создано универсальное автоматизированное стендовое оборудование с оперативной обработкой измеряемых данных.

Основные результаты работа

1. Обосновано новое направление в антенной технике, заключающееся в разработке и использовании принципов построения многоэлемеятшх антенн на базе ФАР и ГЗА с облучающими АР, адаптивных к внешней помехоьой обстановке и возникавши в процессе эксплуатации неисправностям собственных элементов на основе нового метода - апертуриых ортогональных полиномов (АОП).

2. Проведено оботч-ац«* метода АОП и доказзяо несколько теорем теории антенн, им» к-"'.!?. ьггп'ое прикладное злачен«.

3. С ИСН'1ЛЬЗОВЧй№.М (•'•-':'"<п ЛОТ! Г'-тря'" илгиритчц

. ■ -32- " -

. фазового синтеза нулей в ДН AIP о ротигшим пштггудпим распределением в направлениях прихода помех, в так числе секторных зон режекции для подавления широкополосна помех и получена опенка иорш допустимых фазовых искажений в рескрыве антенн при заданном допуске на снижение коэффициента усиления.

Доказана невозможность синтеза фазового распределения в ' разреженных периодических ФАР, обе спе чиващего одновременное j подавление симметричных дифракционных лепестков без существенного искажения главного лепестка ДН.

На основе метода АОП разработаны алгоритмы фазового синтеза нулей в ДН для комбинированных компланарных раскрывов, •сочетающих центральную неуправляемую антенну и периферийные малоэлементные ФАР, в также разреженных периодических ФАР о учетом структуры поля в алёментарной ячейке.

4. Выявлены вычислительные особенности фазового синтеаа на . основе метода АОП, связанные с наличием или отсутствием

фазового центра АР и заключающиеся в реяении действительной, либо комплексной системы уравнений относительно коэффициента гармоник Фурье.

5. С помощью метода АОП показано, что среднеквадратичное . приближение к линейным законам фазирования в раскрыве антенны

обеспечивает большую точность в установке гдввного лепестка ДН в заданном направлении - в несколько раз вшве, чем при . применении традиционного поэлементного приближения ( по норме в : С). . ' .',.'"■•.:. - :'.

Предложены, и обоснованы двухпкальные алгоритмы 1 фазирования строчно - столбцового типа, обеспечивающие высокую точность установки луча плоских АР, и позволяющие проводить ивмерение угловых координат радиоисточника при сканировании лучом.

-336. Разработан метод локального обращения матриц полных сопротивления для учета взаимодействия элементов АР в одномодовом приближении о использованием усеченного матричного ряда Неймана, обоснованы условия сходимости ряда для линейных и плоских - АР и предложена наглядная геометрооптическая трактовка механизма учета взаимодействия на уровне переотражений второго порядка.

7. Разработан и обоснован метод фазового синтеза в ближней зоне для бишюнарной ДОС квазиоптического типа, используемой в качестве облучающего устройства ГЗА. Показана эффективность метода при формировании ДН с максимальным КУ, перемещаемых, в зоне обзора, а также секторных ДН, ДН разностного типа и многолучевых ДН.

Предложен упрощенный быстродействующий метод расчета фазовых ваконов управления квазиоптической ДОС о применением базисных функций, соответствующих различным положениям точек фокусировки для групп элементов подрешетки квазиоптической ДОС. Разработан метод построения быстродействующих алгоритмов управления ДН ГЗА с использованием аппроксимационных формул и многомерных полиномов в реальном масштабе времени.

8. Обоснованы принципы построения класса антенных систем, адаптивных к собственным неисправностям, основанные на установлении приоритетности стабилизируемых параметров антенны в соответствии с функциональным назначением радиосистемы.

Рассмотрены особенности антенн етого класса, введены целевые функционалы процесса оптимизации, определенные на множестве управляющих воздействий (в отличие от целевых функций процесса проектирования, задаваемых на множестве

конструкторских и аппаратурных реализаций ), анализ получаемых решений ' предлагается .■ проводить с ■ использованием, модели

искажяний ФАР и ГЗА, учитывающей влияние методических- и случайных погрешностей различной природы.

Введено понятие отказовой ситуации, возникающей при наличии определенной совокупности неисправностей в том случае, , если стабилизируемые приоритетные параметры антенны выходят за пределы допустимых значений, предложена процедура расчета искажений АФР в раскрыве антенны, вызываемых неисправностями - управляющих элементов с использованием аппарата матриц рассеяния простых . многополюсников, составляющих ДОС вместе с управляющими устройствами, при их последовательном каскадном объединении ( учет взаимовлияния антенных ' элементов по . пространству предлагается осуществлять с применением матриц рассеяния АР). '

. Показано, что вероятность отказа антенных систем, адаптивных к собственному состоянию, может быть снижена в • несколько par; с соответственным увеличением срока службы (при условии высокой надежности подсистемы контроля). ^

9.Экспериментальная проверка принципиальных положений диссертации подтвердила достоверность проводимых - расчетов с использованием метода АОП для ФАР с дискретным фазированием для управления положением главного лепестка ДК и для формирования провалов в ДК в заданных направлениях.

Публикации, отражающие содержание диссертации; . 1,Гусевский В.И. О выборе оптимального фазового распределения сканирующей антенны. // Тр.ин-та / Моск. энерг. ин-т. - 1977. - вып.334. С.80 - 84.

2.Гусевский В.И. Дискретное управление лучом в ФАР. //Сборник трудов по прикладной электродинамике. - 1983.-Вып.5.-. С.52 - 83.

З.Гусевский В.И., Ишмаметов И.А., Лидокий Э.А. Алгоритмы

-ЗБ-.

фазирования антенных решеток, адаптивных к собственному состоянию. // Изв.Вузов. Радиоэлектроника.-1985.-* I.-C.I2 - 19.

4.Гусевский В.И. О влиянии неравномерности амплитудного распределения в раскрыве антенны на угловое положение, луча. // Тр.ин-та / Моск.внерг.ин-т.- 1984. - Вып.625/1.- C.II2 - 116.

Б.Гусевский В.И., .Лидский Э.А., Рыжков C.B. ФАР и гибридные . зеркальные антенны, адаптивные к собственному состоянию.// Изв.Вузов. Радиоэлектроника.-19912.-С.37 - 42.

6.Гусевский В.И. , Лидский Э.А., . Рыжков С ..В. Принципы построения антенн, адаптивных к собственному состоянию. // Радиотехника и электроника.- 1992.- * б.- C.IOOO - 1010.

7.Гусевский В.И. Формирование.секторного провала'в ДН ФАР при , подавлении широкополосной помехи. // Изв. Вузов. Радиоэлектроника.- 1991.- * 5.- С.23 - 28.

в.Гусевский В.И. Фазовая характеристика и фазовый центр линейных и плоских АР. // Радиотехника и электроника.-1991.-* 3.- С. 433 - 441.

; Э.Гусевский В.И. О некоторых теоремах теории антенн. // Устройства и методы прикладной электродинамики: Тез. докл. 2-ой Всесоюз.нэучн.конф. 1991г.-Одесса,1991. - C.I70.

Ю.Гусевский В.И. Применение метода апвртурных' ортогональных полиномов в антенной технике. // Радиотехнические тетради. М.:Изд. Моск.энерг.ин-та, 1992, * I. С.58 - 68.

11. Гусевский В.И., Юркова H.A. Фазовый-синтез нулей в ДН линейных АР с различным амплитудным распределением.

// Радиотехника и электроника,- I9S2.-Я 8.-С. 1395 - 1405.

12,Гусинский В.И., . Семенов Б,В. и др. Статистический анализ экспериментальных АФР облучающего устройства ГЗА. // III Всесоюз.науч.конф.БКАМ-3: Тез.докл.-Ереван, 19-34,- C.II9 - 120.

'13.Викторов Б.В.,.Гусевский В.И. и др. Влияние отказов

■ -36; элементов ГЗД не ее выходные характеристики. // Тр. ин-тй ./Моск.энерг.ин-т.-1988 - Вып. 282.- C.I36 - 146.

14.Гусевский В.И. Лйдский Э.А., Рыжков C.B. Основы теории антенных . решеток, адаптивных к неисправностям.- Свердловск

- 61с.- Деп. в ВИНИТИ АН СССР, 19.02.90. * 989 - В90.

15.Гусевский В.И, Елисеев С.Е. и др. ДОС облучающей АР квазиоптического типа для ГЗА.// Сканирующие зеркальные антеняЙ

. Тез. докл. II-ой Республик.науч.конф.1984г.- Свердловск, 1984. : 43.25 - 28. •

16.Гусввский В.И. Применение метода . апертуршй : ортогональных полиномов для формирования нулей в ДН if

- // Изв.Вузов. Радиоэлектроника.- 1990,- * б.- С.З -7.

.17.А.с. DS 11840ЭЗА, НКИ HDI Q3I2S Устройство управлем^

я

фазированной антенной решеткой. / В.И.Гусевский, И.А.ИшмаметС» и др. (СССР).- 3 с.:ил. ' .

IÔ.Гусевский В.И., ЛОпереченко Б.А., Соболев B.C. и ф; Методика построения алгоритмов расчета ДН ГЗА и управление

■ __ 'ь1

в реальном масштабе времени. //Сб. тр. ПС Международной . симпозиума по ЭМС.- Вроцлав.- 1988.-Ч. I.- C.35I - 356. . :

19.Соболев B.C., Гусевский В.И. Общий алгоритм управлеш*) : Лучом ГЗА в реальном масштабе времени. //. Проблемы создани?

новых и совершенствования существующих средств связи il АСУ : Тез.докл. XY-ой военной науч.конф. КВВИУСС им. Калинин*4 -Киев.- Ч.2.- 1934.- С.290 - 291.

20.Гусевский В.И., Щэсняк С.С. Быстродействующие влгоритй" : адаптации многоалементных АР.// Математические метода анализ-

и оптимизации зеркальных антенн различного назначения: Те? . докл. 1-ой Воесоюз.науч. конф. март 1989г.- Свердловск,1989. ■.. С.72 - 73. ...

. 21.Гусевский В.И. Геометрооптический метод расчег

амплитудно - фазового распределения поля в раскрыве антенных решеток с учетом взаимного влияния элементов. // Изв. Вузов. Радиоэлектроника.- I988.-r.3I,- * 2.- С. 25 - 29.

22.Гусевский В.И., ЛидскийЭ.А., Рыжков C.B. Управление надежностью многоэлементной: однородной сети. //Вероятностно-физические методы исследования надежности машин и аппаратуры: Тез.докл. Республик.науч. семинара -Киев.-1990.-С.24 - 25.

23.Гусевский В.И., Елисеев O.E. и др. Однолучеввя гибридная зеркальная антенна. // Сборник "Вопросы расчета и проектирования антенн и радиолиний". Технические и научно -методические материалы.- Л., I987.-C.I97 - 207.

24.Гусевский В.И., Наймушш М.П. , Семенов Б.В. Взаимное влияние элементов в ГЗА. // Сборник " Вопросы расчета и проектирования антенн и радиолиний". Технические и научно -методические материалы. Л., 1937.-С.205 - 210.

25.Гусевекий В. И., Дмитриев С. П., В£ишв -А. И. Использование проекционных алгоритмов адаптации в АР при априорной неопределенности относительно направления на помеху. //Сборник "Вопросы расчета и проектирования антенн и радиолиний". Технические и научно - методические материалы. JT., 1987.- -С.221 - 232.

26.А.с. * 148594. Кольцевой многоканальный- делитель мощности./ В.Ф.Наумов, В.И.Машков, В.И.Гусевский, В.В.Воробьев , (СССР). - 2 с.:ил. '

27.Наймушин М.П..Семенов Б.В., Соболев B.C., Гусевский В.И, Эффективность зеркальных систем с различной формой рефлектора при ограниченном сканировании. // Межвузовский сборник. УШ. -Свердловск.- I98T. Вып.4.- С.119 - 125.

28.Гусевский В.И., Наумов В.Ф. Построение сканирующих : >v.-t«m ка основе зеркл .....л кольцевой структурой

-неуправляемых полосковых излучателей. // Расчет.и проектирование , полосковых антенн:Тев.докл. 1-ой Республик, науч. конф. февраль . 1982г.-Свердловск,1982.- С.ЗЗ - 35.

. 29.Гусевский В.И., Наймушин М.П., Семенов Б.В. Управление шириной луча в ГЗА и подавление помех в широком луче. // XXIY межотраслевая науч.конф. по ТТА.апрель 1985: Тез.докл.-М.,1985. -Ч.2.- С.17 - 18..

. 30.Гусевский В.И..Лидский Э.А. Применение экспертных • методов при оценке надежности Блектрорадиоэлементов и -радиоаппаратуры // Повышение надежности радиоаппаратуры: Тез. .докл. ГУ-ой межотраслевой науч. конф.-Севастополь,1939.- С.8

• 31 .Соболев Б. С., Черных Н. И.-, Гусевский В. И. и др. ■Оптимизация алгоритмов управления ГЗА по критериям быстродействия и объема -аппаратуры и выработка требований к ЭВМ.//Современные проблемы радиоэлектроники:Тез. докл. Всесоюз. науч.конф.ноябрь 1988г.- М.,1988. - С.204.

32.Гусевский В.И., Дмитриев С.Н., Носов С.Б. и др. , Особонности проектирования адаптивных ГЗА. //Устройства и

метода прикладной электродинамики: Гез.докл. 1-ой Всесоюз.науч. конф.сентябрь 1988г.-Одесса, I9S8.-С.6.

33.Гусевский В.И., Соболев B.C.,. Сазанов A.A. и др. Оптимизация алгоритмов управления ГЗА по критерию быстродействия и минимального объема аппаратуры.// Устройства и метода прикладной электродинамики: Тез.докл. 1-ой Всесоюз.науч. конф.сентябрь 1988г.-Одесса, 1988.- С.21.

34.Гусевский В.И., Гридин А.Н, Грошенков В.А. и др. Сравнение вариантов ДОС облучающей АР ГЗА. // Устройства и метода прикладной электродинамики: Тез.докл. 1-ой Всесовз.науч. конф.сентябрь 1988г.-Одесса, 1988.- С.161.

35.Гусевский В.И., Дмитриев C.H., Бохан A.B. и др. Анализ

численных и • экспериментальных характеристик адаптивных ГЗА о учетом модели искажений. // Устройства и методы прикладной электродинамики: Тез. докл. 1-ой Всесоюз. науч. конф. сентябрь 1988г.-Одесса, 1988.- C.I62.

36.Гусевский В.И., Лидский Э.А., Рыжков C.B. Влияние отказов управляемых элементов ДОС на работоспособность ГЗА. //Устройства и методы прикладной электродинамики: Тез. докл. 1-ой Всесоюз.науч. конф.сентябрь 1988г.-Одесса, 1988.- C.I04.

37.Гусевский В.И., Лидский Э.А., Рыжков C.B. Надежность дааграммообразующих схем. // Математические метода анализа и оптимизации зеркальных антенн различного назначения: Тез. докл. 1-ой Всесоюз.науч.конф.март 1989г.-Свердловск,1989.- СЛ02-103.

ЗЭ.Гусевский В.И., Гридин А.Н., Корнеева Г.И. и др.

: Автоматизированное проектирование ДОС облучвющих АР ГЗА. // Математические методы анализа и оптимизации зеркальных антенн различного назначения: Тез. докл. 1-ой Всесоюз. науч. конф. март 1989г.-Свердловск,1989.- C.II5-II6.

ЗЭ.Гусевский В.И., Щесняк С.С. Групповые алгоритмы адаптации ФАР. // Математическое моделирование и создание САПР для расчета, анализа и синтеза антенно - фидерных систем • и их элементов: Тез. докл. Всесоюз. науч.семинар;} апрель 1990г. - Ростов - Ярославский, 1990.- С.12.

40.Гусевский В.И., Юркова H.A. Формирование провалов в ДН остронаправленной антенны с помощью периферийных компланарных ФАР. // Слокше антенные системы и их компоненты. Теория, применение, , экспериментальные исследования: Тез. докл. межреспубликанской науч.конф.июнь 1991г.-Ленинград I99I.-C.4I.

41. Арестов В.В. .ГусевскиЯ В.И., Черных Н.И. Фэзов.чЙ синтез поля в БЗ и управление ДН ГЗА. // XLYI Всесоюзная научная енсеия, посвященная дню Радио.: Тея. докл.-М.,1991.- С.11 - 13.

• .

42.ГуОевский В.И., Лидский Э.А., Рыжков С.В. Повышение надежности ГЗА, используемых в космических линиях связи. // XLYI Всесоюзная научная сессия, посвященная дню Радио.:Теэ.

■ докл.-М.,1991.- С.12 - 13.

43.Гусевский В.И.,. Черных Н.И. Итерационный , метод амплитудао - фазового• и фазового синтеза ДН. // ФАР - 92: Тез.докл. межреспублик.науч. конф. июнь 1992г.- Казань, 1992. -

.0.12.

44.Гусевский В.И., Елисеев С.Е. Повышение точности угловых измерений малобазовым пеленгвтором.// Тр. ин-та / Моск.знерг. ин-т - 1981.- Вьш.514/2.- С.35 - 40.

• • 45.Гусевский B.W. , Ишмаметов И.А., Лидский S.A. Алгоритмы ' управления АР, адаптивными • к собственному состоянию. // XXIII науч. конф. по 71А: Тез. докл. -М., 1983.- С.24 - 25.

46.Гридия А. Н., Гусевский В1 И. Диссипвтивные диаграммообррчуюцие схемы для гибридных зеркальныхантенн. // ФАР - 92: Тез. докл. межреспублик, науч. конф. июнь 1992г.-Казань, 1992. -С.40.

47.Бархатова Н. Г., Гусевский В. И., Лидский Э. А. Оперативный контроль фазированных антенных решеток-. //Системы й устройства радиотехники, автоматики, автоматизированного проектирования : Тез. докл. Республик.науч. конф. май 1982г. -

'"v , . '

Свердловск,1982,- С.20.

48.Гусевский В.И., Юркова H.A. Фазовый синтез нулевых провалов в ДН ФАР с различным амплитудным распределением. // XXYT межотраслевая науч. конф. да ГГА : Тез. докл.-М. ,1990. -ч.И.-С.бО - 61.

Псишк-апо к печати Л— ms\ ■i/ti

Печ. ¿ £ Тираж fiQCf Згж&ГЭ

Типография МЭИ, Краспокмариеиная. la