Д.А. Питеримов1, А.О. Стакозов2, А.М. Шитиков3, Е.М. Вощилов4

1,4 ПАО «Радиофизика» (Москва, Россия)

1,3,4 МФТИ (национальный исследовательский университет) (г. Долгопрудный, Россия)

2 МАИ (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Для калибровки цифровых фазированных антенных решеток (ЦФАР) удобно применять методы, в которых обработка результатов производится с учетом фазы сигнала. Такие методы обладают потенциальным преимуществом в скорости перед бесфазовыми методами калибровки, что позволяет проводить минимальное число измерений на один канал. Поскольку не всегда технически возможно обеспечить постоянство фазы сигнала при измерениях, наблюдается уход или дрейф фазы со временем, даже при измерении суммарного сигнала ФАР неизменной конфигурации. Таким образом, исследование методов калибровки в условиях дрейфа фазы контрольного сигнала является актуальной задачей

Цель. Проанализировать влияние дрейфа фазы на результаты калибровки ФАР методами, обеспечивающими калибровку за малое число измерений в пересчете на один канал.

Результаты. Рассмотрены методы калибровки, которые можно использовать для калибровки передающих ЦФАР. Проведена оценка их устойчивости к дрейфу фазы суммарного сигнала. Установлено, что в ряде случаев даже при относительно небольшой скорости дрейфа фазы при применении рассмотренных методов могут возникать неприемлемо большие ошибки калибровки. Для каждого из представленных методов для типового случая проведена оценка максимальной ошибки, возникающей из-за дрейфа фазы, и оценка возможной скорости дрейфа фазы. Показано, что такой дрейф фазы будет оказывать существенное влияние на точность калибровки ФАР методами, учитывающими при обработке фазу сигнала.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть полезны при оценке разрабатываемых и уже разработанных методов калибровки ФАР в реальных условиях как для калибровки передающей ФАР, так и для ФАР, работающей на прием.

Питеримов Д.А., Стакозов А.О., Шитиков А.М., Вощилов Е.М. Анализ устойчивости некоторых методов калибровки фазированных антенных решеток к дрейфу фазы контрольного сигнала // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 10. С. 107-114. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202210-12

1. Бубнов Г.Г., Никулин С.М., Серяков Ю.Н., Фурсов С.А. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь. 1988.
2. Коротецкий Е.В., Шитиков А.М., Денисенко В.В. Методы калибровки фазированных антенных решеток // Радиотехника. 2013. № 5. С. 95–104.
3. He G., Gao X., Zhou H. Fast phased array calibration by power-only measurements twice for each antenna element // International Journal of Antennas and Propagation. 2019.
4. Long R., Ouyang J., Yang F., Han W., Zhou, L. Fast amplitude-only measurement method for phased array calibration // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. V. 65. № 4. P. 1815–1822.
5. Курганов В.В., Джиган В.И. Бесфазовые алгоритмы калибровки антенных решеток с минимальным числом измерений выходной мощности // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 3. С. 96–108.
6. Kurganov V., Djigan V. Simple Algorithm of Antenna Array Calibration // 2021 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). IEEE. 2021. P. 1–5.
7. Кузнецов Г.Ю., Темченко В.С., Милосердов М.С., Гиголо А.И. Диагностика активной фазированной антенной решетки при тепловых испытаниях по малому числу измерений // Антенны. 2018. № 1. С. 23–31.
8. Добычина Е.М. Калибровка цифровых антенных решеток // Антенны. 2013. № 9. С. 46−55.
9. Fan Z., Du H., Shi H., Si Y. Design and experimental verification of the digital array calibration // 2018 IEEE 18th International Conference on Communication Technology (ICCT). IEEE. 2018. P. 26–29.
10. Джиган В.И., Курганов В.В. Калибровка цифровых антенных решеток с помощью алгоритмов адаптивной обработки сигналов // Телекоммуникации. 2021. № 2. С. 8–16.
11. Слюсар В.И. Коррекция характеристик приемных каналов цифровой антенной решётки по контрольному источнику в ближней зоне // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2003. Т. 46. № 1. С. 44–52
12. Шитиков А.М. Сравнение методов обработки сигнала при калибровке цифровых приемных ФАР // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 4. С. 40–46.
13. Sorace R. Phased array calibration // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2001. V. 49. №. 4. P. 517–525.
14. Silverstein S.D. Application of orthogonal codes to the calibration of active phased array antennas for communication satellites // IEEE Transactions on Signal Processing. 1997. V. 45. № 1. P. 206–218.
15. Silverstein S.D., Ashe J.M., Kautz G.M., Wheeler F.W., and Jacomb-Hood A. Tripulse: A system for determining orientation and attitude of a satellite borne active phased array // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2002. V. 38. № 1. P. 2–12.
16. Lee K.M., Chu R S., Liu S.C. A built-in performance-monitoring/fault isolation and correction (PM/FIC) system for active phased-array antennas // IEEE transactions on antennas and propagation. 1993. V. 41. № 1. P. 1530–1540.
17. Lier E., Zemlyansky M., Purdy D., Farina D. Phased array calibration and characterization based on orthogonal coding: Theory and experimental validation // 2010 IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology. IEEE. 2010. P. 271-278.
18. Kurganov V.V. Antenna array complex channel gain estimation using phase modulators // 2019 Antennas Design and Measurement International Conference (ADMInC). IEEE. 2019. P. 126–129.