авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Исследование антенной системы микроволнового диапазона для пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Звездина Юлия Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ МИКРОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

01.04.03 Радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Ростов-на-Дону 2009

Работа выполнена в Ростовском военном институте ракетных войск им. Главного маршала артиллерии М.И. Неделина.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Габриэльян Дмитрий Давидович
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Таран Владимир Николаевич
доктор технических наук, профессор Булычев Юрий Гурьевич
Ведущая организация ФГУП «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи»

Защита состоится «__» _____________ 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.10 в Южном Федеральном университете по адресу:

344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 5, ЮФУ, физфак, ауд.318.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮФУ по адресу: г, Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан "___" ______________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.208.10

доктор физико-математических наук

профессор Г.Ф. Заргано

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСтИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Настоящий период развития радиоэлектронных средств характеризуется использованием все более высокого диапазона частот. Это обусловлено рядом факторов. Во-первых, необходимостью миниатюризации радиоэлектронных средств и антенных систем в частности. Во-вторых, значительным ростом числа существующих радиоэлектронных систем, использующих освоенный на настоящее время диапазон. Следует отметить, что помимо систем радиосвязи, телевидения и радиовещания, которые должны образовать к 2015году в соответствии с Распоряжением Правительства Российской Федерации инфокоммуникационные комплексы, в настоящее время интенсивно применяются и другие радиоэлектронные системы.

В условиях существующих ограничений на использование радиочастотного спектра важную роль приобретают вопросы приема, передачи и обработки радиосигналов. Здесь можно выделить вопросы, связанные с использованием различий радиосигналов во временной, пространственной, поляризационной и частотной областях. Сказанное выше подтверждается и наблюдаемой тенденцией применения сигналов эллиптической поляризации в радиоканалах различного назначения.

Вопросы временной и частотной селекции сигналов, хотя и продолжают активно исследоваться, в настоящее время могут считаться достаточно разработанными, и, кроме того, представляют самостоятельную область научных интересов. В то же время способы, методы и алгоритмы пространственно-поляризационной селекции сигналов являются наиболее перспективными при применении радиосистем различного назначения в условиях существующих ограничений на использование радиочастотного спектра. При этом необходимо отметить, что возможности реализации тех или иных методов пространственно-поляризационной обработки в значительной степени определяются построением используемых антенных систем.



Таким образом, вопросы, связанные с исследованиями антенных систем микроволнового диапазона для пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации, являются актуальными и составляют одно из направлений радиофизики.

В связи с этим в качестве объекта исследования рассматриваются антенные решетки микроволнового диапазона.

Предмет исследования – закономерности, возникающие в антенных системах микроволнового диапазона при пространственно-поляризационной обработке сигналов эллиптической поляризации.

Целью диссертации является выявление и исследование основных закономерностей, возникающих в антенных системах микроволнового диапазона при пространственно-поляризационной обработке сигналов эллиптической поляризации.

Научная задача состоит в разработке методов и алгоритмов пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации и электродинамического анализа реализующих их антенн, а также исследовании возникающих при этом основных закономерностей.

Научная новизна диссертации определяется поставленными задачами, представленными методами их решения и впервые полученными результатами:

1. Получил дальнейшее развитие научно-методический аппарат оптимальной пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации, отличающийся от известных:

- новым методом выбора амплитудно-фазового распределения, обеспечивающим в отличие от известных оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона;

- новыми, впервые полученными аналитическими соотношениями и определяемыми ими закономерностями, связывающими диаграмму направленности антенной системы и глубину «нулей» в компонентах векторной ДН в направлении помехового сигнала с параметрами антенной решетки ортогональных электрических вибраторов;

- численными результатами исследования закономерностей, связанных с существованием электродинамических эффектов, обусловленных взаимным влиянием излучателей в составе антенной решетки микроволнового диапазона, на пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации.

2. Создан новый метод нахождения взаимных сопротивлений системы ортогональных электрических вибраторов конечной толщины, отличающийся от известных использованием интегральных уравнений относительно плотности токов на поверхности излучающего элемента и наложением граничных условий на этой же поверхности с выделением логарифмической особенности функции Грина, что позволяет реализовывать эффективные вычислительные алгоритмы.

Выявленные закономерности должны учитываться при создании антенн микроволнового диапазона для пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации.

Таким образом, разработаны положения и результаты, совокупность которых можно квалифицировать как новую научную задачу в области радиофизики – создание метода и алгоритма пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации и электродинамического анализа реализующих их антенн, а также исследование возникающих при этом основных закономерностей.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается использованием обоснованных физических моделей и строгих (или с известными оценками сходимости) математических методов решения поставленных задач; совпадением в частных случаях полученных результатов с расчетными и экспериментальными данными, приведенными в научной литературе; предельными переходами полученных результатов в известные соотношения для сигналов линейной поляризации; внутренней сходимостью полученных результатов в адаптивных антенных решетках на случай сигналов и помех произвольной поляризации.

Научная и практическая значимость диссертации.

Научная значимость работы заключается в дальнейшем развитии теории пространственно-поляризационной обработки сигналов в антенных решетках микроволнового диапазона.

Практическая ценность работы определяется созданными программными комплексами для нахождения параметров амплитудно-фазового распределения в раскрыве антенной решетки, обеспечивающих оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации, и исследования величины взаимных сопротивлений линейных электрических вибраторов в раскрыве плоской и цилиндрической антенной решетки.

Ряд полученных результатов использован при курсовом проектировании и проведении лабораторных работ по дисциплинам «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Устройства СВЧ и антенны» на кафедре «Радиоэлектроника» Ростовской академии сервиса ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса».

Поставленные в диссертации задачи решались в ходе выполнения ряда проектов Министерства обороны Российской Федерации, совместных НИР в различных отраслевых НИИ. Результаты диссертации являются обобщением и развитием работ автора по решению научных задач, проводимых на протяжении последних четырех лет и успешно реализованных в службе РЭБ штаба РВСН при разработке проектов предложений в программу вооружения и Государственный оборонный заказ по созданию ВВТ РВСН (вх. №242/НИО от 11.09.07г.), при разработке антенно-фидерных устройств изделий 1РЛ248-4.02 и 1РЛ257 в рамах выполнения Государственного оборонного заказа по НИР «Фобос», «Прожектор», «Камертон», «Треножник» и ОКР «Москва-1» в ФГУП «ВНИИ «Градиент» (вх. №216/НИО от 6.07.09г.), учебном процессе Ростовской академии сервиса Южно-Российского университета экономики и сервиса (вх. №569/НИО от 18.12.08г.). Внедрение результатов подтверждено соответствующими документами.

Основные положения, выдвигаемые для защиты:

1. Метод и реализующий его численный алгоритм выбора амплитудно-фазового распределения, обеспечивающий в отличие от известных оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона.

2. Новые аналитические соотношения, связывающие диаграмму направленности и потенциально достижимые глубины «нулей» в компонентах векторной ДН антенной решетки ортогональных электрических вибраторов в направлении помехового сигнала с параметрами антенны.

3. Метод вычисления взаимных сопротивлений электрических вибраторов конечной толщины плоской и цилиндрической антенных решеток, отличающийся от известных использованием интегральных уравнений относительно плотности токов на поверхности излучающего элемента и наложением граничных условий на этой же поверхности с выделением логарифмической особенности функции Грина, что позволяет реализовывать эффективные вычислительные алгоритмы.

4. Новые закономерности, связанные с существованием электродинамических эффектов, обусловленных взаимным влиянием излучателей в составе антенной решетки микроволнового диапазона, на пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации.

5. Рекомендации по построению антенной решетки микроволнового диапазона, обеспечивающей пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации.

Апробация диссертационной работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2004г.); VI Международном симпозиуме «Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология» (Санкт-Петербург, Россия, 2005г.); МНПК «Телеком-2005» (Ростов-на-Дону, 2005г.); V Conference on Antenna Theory and Techniques (Kyiv, Ukraine, 2005); II МНПК «Актуальные проблемы развития ж/д транспорта» (Самара, 2006); I Межрегиональной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Ростов-на-Дону, 2006); V МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2006г.); VII Международном симпозиуме «Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология» (Санкт-Петербург, Россия, 2007г.); МНТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (Таганрог, 2007г.); II МНК «Проблемы современной радиоэлектроники» (Ростов-на-Дону, 2008г.);X МНПК «Информационная безопасность» (Таганрог, 2008г.); Международном радиоэлектронном форуме «Современные и перспективные системы радиолокации, радиоастрономии и спутниковой навигации» (Харьков, Украина, 2008г.); VIII Международном симпозиуме «Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология» (Санкт-Петербург, Россия, 2009г.); МНПК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (Дивноморское-Таганрог, 2009г.); Progress in Electromagnetics Research Symposium PIERS-2009 (Moscow, 2009).





Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 56 научных трудов, в том числе 9 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, и 29 статей и тезисов докладов в сборниках трудов Всероссийских и Международных научных конференций и симпозиумов. Получен патент на изобретение и 5 свидетельств об официальной регистрации программы для ЭВМ.

В диссертации лично автором получены следующие результаты:

в статьях [4, 8] автором получены соотношения, описывающие элементы ковариационной матрицы сигналов адаптивной антенной решетки крестообразных излучателей;

в статье [9] автором разработан метод выбора весовых коэффициентов, обеспечивающий выполнение критерия условной максимизации ОСПШ в случае невозможности исключения полезного сигнала из устройства формирования ковариационной матрицы помех;

в статьях [1-3, 6, 7] автором выполнен вычислительный эксперимент;

в остальных совместных работах результаты получены на паритетных началах.

Структура работы. Диссертация включает в себя введение, четыре раздела, заключение и три приложения. Она содержит 151 страницу машинописного текста, 30 рисунков, 12 таблиц, 143 формулы и список использованных источников, включающий 137 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены ее цели и задачи, показана практическая значимость и научная новизна полученных результатов, сформулированы основные положения и выводы, выносимые на защиту, а также представлено краткое содержание работы.

В первом разделе на основе выполненного анализа проблемных вопросов пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации в антенных системах микроволнового диапазона показано, что возможности использования временного и частотного разделения сигналов, применяемых в настоящее время для селекции сигналов, в значительной степени исчерпаны. В связи с этим основное внимание необходимо уделить внедрению перспективных способов селекции сигналов, к которым относится пространственно-поляризационная обработка. При этом наименее исследованными вопросами для данного способа обработки является их применение для сигналов эллиптической поляризации.

Выполненный анализ известных методов, используемых для пространственной и поляризационной обработки сигналов, показал, что в настоящее время недостаточно полно рассмотрены вопросы совместного использования пространственного и поляризационного вида селекций. Кроме того, вопрос влияния взаимной связи излучателей антенной решетки на величину ОСПШ на выходе антенны является с точки зрения практического применения данных методов нерассмотренным. Все это позволило обосновать актуальность и научную новизну диссертационной работы, а также сформулировать основные направления исследований.

Во втором разделе разработан новый метод пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона, обеспечивающий независимую пространственную обработку ортогональных поляризационных составляющих с целью наилучшего приема одного из сигналов (полезного сигнала). Реализация данного метода связана с предварительной пространственно-поляризационной обработкой сигналов, позволяющей исключить полезный сигнал из устройства формирования ковариационной матрицы для его последующей обработки. С этой целью предлагается сформировать в антенне две группы подрешеток, как показано на рисунке 1. Первая группа используется для исключения полезного сигнала в устройстве формирования ковариационной матрицы помех, вторая – для формирования диаграммы направленности антенны. При этом в направлении полезного сигнала в ДН подрешеток первой группы формируется «нуль», а в ДН подрешеток второй группы – максимум.

Необходимо учесть, что сигналы на выходах групп подрешеток будут искажаться различным образом. Математически данные операции определяются использованием суммирующих матриц и соответственно, используемых для описания сигналов на выходах указанных групп подрешеток:

для подрешеток второй группы:

, (1)

где -элементный вектор-столбец сигналов; -элементный вектор-столбец тепловых шумов на выходах подрешеток;

, (2)

-й элемент блока определяется выражением ,

. (3)

направление прихода полезного сигнала; координаты центра -го элемента () й подрешетки ;

для подрешеток первой группы:

, (4)

. (5)

Неоднозначность выполнения операции исключения полезного сигнала приводит к тому, что характеристики антенны будут зависеть от параметров подрешеток (числа объединяемых излучателей и амплитудно-фазового распределения ). Для устранения данной неоднозначности сформулирован новый критерий, в соответствии с которым проводится выбор параметров антенной системы:

. (6)

В данном выражении единичная матрица. -й принимаемый антенной сигнал (), описываемый соотношением

, (7)



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.