Оптимизация расположения элементов линейной антенной решетки фазовых радиопеленгаторов

В пеленгаторах широко используются корреляционные методы оценки пеленга источника радиоизлучения, которые основаны на сравнении вектора сигналов от элементов антенной системы с вектором, рассчитанным или измеренным для данной системы при заданных пеленгах источника радиоизлучения. Скалярное произведение этих векторов называют коэффициентом корреляции или сверткой. Устройства, реализующие данный метод, называются корреляционно-интерферометрическими пеленгаторами (КИ-пеленгатор). Подробно данный алгоритм вычисления пеленга рассмотрен в [1].

Основой для вычисления пеленга в данном пеленгаторе являются измеренные пеленгационные характеристики.

База данных опорных характеристик зависит от значений углов прихода, изменяющихся в секторе пеленгования. Опорные пеленгационные характеристики являются прогнозом реальных характеристик в предположении, что 0г = 0ист. Они формируются до начала работы пеленгатора либо экспериментально на стенде для данного пеленгатора, либо в обобщенном виде на математической модели.

Корреляционный интеграл вычисляется следующим образом:

I (®1( k ),М-N^l12 (®1( k ),М+

+12 (0! (к),0,X)) ;

12 (01 (к), 0,X)-

(     d. (X)     . .

У cos 2л ⁷ sin ( 0 ) -

1< j < i    ( X i-1, N

-2л d^X)sin (01 (k ))+ф ij (X) X

12 (01 (к), 0,X)-

у sin 2 л

1 < j < i i - 1, N

V

d j ( ^X ) X

sin ( 0 ) -

— 2лdij^^^sin(01 (k)) + фij (X) X

%■ ( ^X ) ^- [v A ( i , ^X ) ^- V A ( i , ^X ) ] ^- [v A ( j , ^X ) ^- V A ( j , ^X ) ] , где 0 - угол прихода электромагнитной волны от источника излучения (ИИ); 0_г (k) - массив углов, для которых вычисляются опорные характеристики; Ф /у (Х) - функция фазовой неидентичности каналов приемника, обусловленная отличием фазовых ха-

Оптимизация расположения элементов линейной антенной решетки фазовых радиопеленгаторов рактеристик каналов измерительного приемника пеленгатора; d^k) = df(k) - d.(k) - расстояние между элементами антенной решетки; N - количество элементов антенной решетки (АР), без учета опорного элемента.

Значение пеленга на ИИ определяется как максимальное значение 7(0₁ (к), 0, к).

Погрешность пеленгования состоит из систематической и случайной составляющих, которые зависят от Ф .. (к).

В настоящей статье представлены результаты исследования ошибок пеленгования КИ-пелен-гатора путем моделирования на ЭВМ.

Исследование погрешности пеленгования

Таким образом, основной задачей моделирования является исследование зависимости погрешности пеленгования:

• -    от конфигурации АР: числа элементов N и длины базы антенной решетки d . Интерес представляет рассмотрение линейных АР с ненаправленными антенными элементами;

• -    от величины фазовой неидентичности элементов антенной решетки Д^_а .. , точнее от о = ( М [(Д^.р²])¹ / ².

Зависимость ошибки определения пеленга от базы АР

Для определения зависимости ошибки пеленгования от длины базы зафиксируем количество элементов антенной решетки - N = 7. На рис. 1 представлены зависимости ошибки пеленгования от отношения d /к при величине фазовой неидентичности о = 25 ° .

Систематическая составляющая погрешности пеленгования мала (составляет менее 0,5°) и может быть опущена в дальнейших рассуждениях (рис. 1а). Таким образом, основной вклад в по- грешность определения пеленга будет вносить случайная составляющая.

С увеличением длины базы АР погрешность пеленгования падает. При фиксированной величине базы антенной решетки погрешность пеленгования с ростом длины волны будет увеличиваться.

Можем принять, что погрешность пеленгования зависит не от конкретных значений длин волн и длин баз антенных решеток, а лишь от их соотношения, так как кривые в равных точках d /к отличаются не более чем на 0,5° (рис. 1б).

Влияние числа элементовна ошибку определения пеленга

В качестве примера приведен случай, когда параметры антенной решетки имеют следующие значения: длина базы АР d = 30 см; СКО фазовой неидентичности каналов приемника о = 15 ° .

Погрешность пеленгования обеспечивает точность 3°, в случае, если АР состоит из 6 и более элементов, при этом ошибка почти не изменяется с дальнейшим увеличением числа элементов (рис. 2). Отсюда можно сделать вывод: оптимальное количество элементов АР равно 6.

Зависимость погрешности пеленгования от фазовой неидентичности каналов

В качестве обобщения приведем семейство зависимостей ошибки пеленгования от отношения d/к при различных значениях СКО фазовых не-идентичностей. Выберем АР из 7 элементов, без учета опорного элемента. Зависимости приведены на рис. 3.

Таким образом, во всем рассматриваемом частотном диапазоне величина погрешности пеленгования не превышает 3°, если фазовая не-идентичность каналов приемника составляет менее чем 15°. При отношении d/k больше 3 значение погрешности – менее 2° даже при значениях СКО 25°.

а)

б)

Рис. 1. Зависимость систематической (а) и случайной (б) ошибок определения пеленга от отношения d/X , для различных баз АР

Рис. 2. Зависимость систематической (а) и случайной (б) ошибок от отношения d/Л , для различного числа элементов АР

d/ Л

б)

Рис. 3. Зависимость ошибки пеленгования от отношения d/Л при разной величине фазовой неидентичности каналов приемника-пеленгатора

При увеличении СКО неидентичности каналов на 5° ошибка пеленгования растет не более чем на 0,5°, при отношении d/Л больше 3. При меньших значениях погрешность пеленгования тем больше, чем больше длина волны.

Заключение

В результате данного исследования можно сделать следующие выводы:

• 1.    Оптимальное количество элементов антенной решетки равно 6, меньшее количество повлечет увеличение погрешности более чем на 3°,

• 2.    Погрешность пеленгования составляет менее 3° при значениях СКО неидентичности не более 15°.

большее количество не приведет к существенным улучшениям.