В.И. Джиган1, А.Ю. Шершунович2, П.В. Луферчик3, П.В. Штро4

1 Национальный исследовательской университет «Московский институт электронной техники» (Москва, Россия)
2–4 АО «НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск, Россия)

1 djigan@org.miet.ru, 2 shershunovich_au@krtz.su, 3 lpv@krtz.su, 4 shtro_pv@krtz.su

Постановка проблемы. В наземной аппаратуре глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в качестве антенн в настоящее время широко используются адаптивные антенные решетки (ААР). Они обеспечивают работоспособность этой аппаратуры в помеховой обстановке. В качестве ААР обычно используется так называемый компенсатор боковых лепестков. Такая ААР обеспечивает подавление помех в выходном сигнале, но не гарантирует приема сигналов со спутников с какого-либо наперед заданного направления, так как ее диаграмма направленности контролируется только в направлениях источников помех. Критерием приема спутникового сигнала является требуемое отношение сигнал/(шум + подавленные помехи) (ОСШП) на выходе ААР. В данной работе предлагается простая методика оценки вероятности приема сигналов ГНСС со всех направлений, окружающих ААР. Эта методика базируется на оценке ОСШП на выходе ААР в ее установившемся состоянии. ОСШП оценивается с равномерным дискретным шагом на всем множестве углов возможного положения источника информационного сигнала (спутника) вокруг ААР. По этим оценкам формируется карта ОСШП, обозначающая области, в направлениях которых прием спутниковых сигналов возможен или невозможен. Этот прием возможен с направлений, в которых, согласно международным стандартам, на выходе ААР обеспечивается значение ОСШП не хуже –20 дБ.

Цель. Рассмотреть методику построения карт ОСШП и исследовать эти карты на примерах плоской прямоугольной и кольцевых ААР.

Результаты. С помощью карт ОСШП для прямоугольной и кольцевых ААР с восемью антеннами после подавления от одной до семи помех показано, что число направлений, с которых могут быть приняты сигналы ГНСС, варьируется от около 22% до 38% от всех направлений, образующих сферу вокруг ААР. Отмечено, что если ААР находится на Земле, то число этих направлений удваивается, так как направления, где обеспечивается ОСШП не менее –20 дБ, находятся лишь в верхней полусфере пространства. Данные оценки получены при использовании для вычисления весовых коэффициентов ААР рекурсивного алгоритма по критерию наименьших квадратов.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть применены для совершенствования радиолокационных систем, включая управление воздушным движением, навигацию и мониторинг окружающего пространства. Предложенный метод способствует повышению помехоустойчивости и точности работы распределенных систем в реальном времени.

1. Бененсон Л.С., Журавлев В.А., Попов С.В., Постнов Г.А. Антенные решетки. Методы расчета и проектирования. М.: Сов. радио. 1966.
2. Brown A.D., Boeringer D., Cooke T. Electronically scanned arrays. MATLAB® modelling and simulation. CRC Press. 2012.
3. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И. и др. Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2016.
4. Maillou R.J. Phased array antenna handbook. 3rd Ed. Artech House, Inc. 2017.
5. Журавлев А.К., Лукошкин А.П., Поддубний С.С. Обработка сигналов в адаптивных антенных решетках. Л.: Издательство Ленинградского университета. 1983.
6. Пистолькорс А.А., Литвинов О.С. Введение в теорию адаптивных антенн. М.: Наука. 1991.
7. Hudson J.E. Adaptive array principles. The Institution of Engineering and Technology. 2007.
8. Monzingo R.A., Haupt R.L., Miller T.W. Introduction to adaptive arrays. 2nd Ed. SciTech Publishing. 2011.
9. Sayed A.H. Fundamentals of adaptive filtering. John Wiley and Sons. 2003.
10. Farhang-Boroujeny B. Adaptive filters theory and applications. 2nd Ed. John Wiley & Sons. 2013.
11. Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. M.: Техносфера. 2013.
12. Diniz P.S.R. Adaptive filtering algorithms and practical implementation. 5th Ed. Springer. 2020.
13. Litva J., Lo T. Digital beamforming in wireless communications. Artech House. 1996.
14. Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. М.: Радиотехника. 2010.
15. Слюсар В.И. Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 1 // Первая миля. Last mile. 2018. № 1. C. 72–77.
16. Слюсар В.И. Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 2 // Первая миля. Last mile. 2018. № 2. C. 76–80.
17. Воскресенский Д.И., Добычина Е.М. Цифровые антенные решетки бортовых систем. М.: Радиотехника. 2020.
18. Dillinger M., Madani K., Alonistioti N. Software defined radio: architectures, systems and functions. Wiley. 2003.
19. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E. GNSS – Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo and more. Springer. 2008.
20. Tsui J.B.Y. Fundamentals of Global Position System receivers: a software approach. 2nd Ed. John Wiley & Sons Inc. 2005.
21. Gao G.X., Sgammini M., Lu M., Kubo N. Protecting GNSS receivers from jamming and interference // Proceedings of IEEE. 2016. V. 104. № 6. P. 1327–1338.
22. Volakis J.L., O’Brien A.J., Chen C.-C. Small and adaptive antennas and arrays for GNSS applications // Proceedings of IEEE. 2016. V. 104. № 6. P. 1221–1232.
23. Бабусенко С.И., Кирюшкин В.В., Журавлев А.В. Исследование характеристик пространственного компенсатора помех на основе адаптивной антенной решетки аппаратуры потребителя глобальной навигационной спутниковой системы // Радиотехника. 2022. № 1-2. С. 5–17.
24. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь. 1985.
25. Zepernick H.-J., Finger A. Pseudo random signal processing: Theory and applications. Wiley. 2013.
26. Sabatini M., Palmerini G.B. Navigation issues in different baseline formation flying missions // 2009 IEEE Aerospace Conference. Big Sky. MT, USA. 2009. P. 1–11.
27. Pattern № 3202990 US. Intermediate frequency side-lobe canceller / P.W. Howells. 1959.