А.С. Петров1, В.А. Чиков2

1,2 АО «НПО Лавочкина» (Московская область, Россия)

Постановка проблемы. Если сетка узлов, в которых устанавливаются излучатели активной фазированной антенной решетки (АФАР) нерегулярна, либо решетка имеет регулярную сетку узлов, но возникают отказы отдельных дискретов в управляющих элементах (фазовращателях, аттенюаторах, линиях задержки) или в усилителях мощности, то известные аналитические выражения оказываются неприменимыми для расчета диаграммы направленности (ДН). В этих случаях приходится  прибегать к общим соотношениям аддитивного суммирования конкретного вклада в ДН решетки поля, создаваемого каждым излучателем в отдельности. В результате резко возрастает трудоемкость вычислительной процедуры. Для решения проблемы предложено использовать современные графические процессоры, выпускаемые компанией NVIDIA.

Цель. Исследовать возможность применения графических процессоров для расчета ДН больших субапертурных АФАР, а также анализа их статистических характеристик при отказе управляющих элементов.

Результаты. Установлено, что выполнение вычислительной процедуры на графических процессорах с использованием  системы CUDA, предназначенной для быстрого создания высокопроизводительных кодов на расширенном языке С, С++, позволило ускорить расчеты ДН больших субапертурных АФАР на 2–3 порядка даже с применением стандартных офисных компьютеров.

Практическая значимость. Применение графических процессоров позволяет практически в реальном масштабе времени решать такие задачи, как синтез ДН, имеющей предписанную форму, и статистический анализ характеристик решетки при возникновении различных вариантов отказов в ее элементах, а также при механических искажениях формы апертуры. 

Петров А.С., Чиков В.А. Применение графических процессоров для кардинального ускорения процедуры расчета диаграммы направленности больших субапертурных АФАР // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. T. 75. № 6. С. 19–26. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j20700784-202106-02

1. Боресков А.В., Харламов А.А. Основы работы с технологией CUDA. М.: ДМК Пресс. 2010.
2. Сандерс Дж., Кэндрот Эдвард Технология CUDA в примерах. Введение в программирование графических процессоров. ДМК Пресс. 2011.
3. Farber Rob CUDA Application Design and Development. Elsevier. 2011.
4. Петров А.С., Чиков В.А., Волченков А.С., Прилуцкий А.А. Компьютерная программа для моделирования характеристик субапертурных АФАР, используемых в космических радиолокаторах с синтезированной апертурой // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2020. № 1. С. 45–52.
5. Волченков А.С., Петров А.С., Прилуцкий А.А., Чиков В.А. Побочные главные максимумы в субапертурных антенных решетках космического базирования // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2018. № 2. С. 100–106.
6. Петров А.С., Прилуцкий А.А., Волченков А.С. Формирование субапертурной структуры активной фазированной антенной решетки космического радиолокатора с синтезированной апертурой и выбор параметров ее управляющих элементов // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2018. № 3. С. 81–90.
7. Mailloux R.J. Phased array antenna handbook. Artech House. 1994.
8. Hansen R.C. Phased array antennas. John Wiley&Sons. 2001.
9. Carver K.R., Cooper W.K., Stutzman W.L. Beam Pointing Errors of Planar Phased Arrays // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1973. V. AP-21. № 3. Р. 199–202.
10. Mailloux R.J. Array Grating Lobes Due to Periodic Phase, Amplitude and Time Delay Quantization // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1984. V. AP-32. № 12. Р. 1364–1368.
11. Yajima M., Hasegawa T. Beam pointing error of wideband planar phased array antennas with reduced true-time-delay devices // IEEE Conf. on Communication. 2006. V. 9. Р. 4161–4166.
12. Capuzi A., Rivola S., Di Lazzaro M. COSMO SKYMED Experience Synthetic Aperture Radar Activities in Italy. Thales Alenia Space: 2007.