П. В. Романов1, Ю. И. Чони2
1, 2 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева − КАИ (г. Казань, Россия)

Постановка проблемы. Рефлектор крупногабаритной спутниковой многолучевой гибридной зеркальной антенны (МГЗА), формирующей серию игольчатых лучей, подвержен деформациям, что нарушает ориентацию лучей и, как следствие, необходимое энергетическое покрытие рабочей области связи. Системы оптического или фотометрического контроля поверхности рефлектора и механические приводы для компенсации деформаций обременительны в конструктивном отношении. Поэтому актуальной задачей является разработка способа реконструкции профиля рефлектора спутниковой МГЗА за счет выделения необходимой информации из сигналов, принимаемых антенной решеткой.

Цель. Разработать алгоритм, позволяющий на основании принимаемых от единственного маяка сигналов реконструировать профиль рефлектора для последующего пересчета под этот профиль всех векторов весовых коэффициентов.

Результаты. Изложен и обоснован эвристический алгоритм реконструкции профиля рефлектора МГЗА по сигналам антенной решетки. В рамках упрощенной модели физической оптики осуществлено имитационное моделирование процесса реконструкции при искажениях поверхности рефлектора разного вида. Подтверждена работоспособность обсуждаемого алгоритма при достаточно плотном расположении элементов антенной решетки и перехвате ею львиной доли мощности отраженного рефлектором поля наземного маяка. Приведены зависимости, характеризующие достижимую точность реконструкции.

Практическая значимость. Представленный алгоритм реконструкции составляет альтернативу оптическим системам контроля состояния рефлектора и органично сочетается с электронными системами стабилизации лучей МГЗА.

Романов П.В., Чони Ю.И. Реконструкция профиля рефлектора спутниковой многолучевой гибридной зеркальной антенны путем обработки сигнала наземного маяка // Антенны. 2022. № 4. С. 5–17. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202204-01

1. Wang C.S., Yuan S., Liu X., Xu Q., Wang M., Zhu M.B., Chen G.D., Duan Y.H. Temperature distribution and influence mechanism on large reflector antennas under solar radiation: solar thermal effect on reflector antenna // Radio science. 2017. V. 52. № 10. P. 1253–1260.
2. Шендалёв Д.О. Проектирование формообразующей структуры зонтичного рефлектора // Вестник СибГАУ. 2013. № 6 (52). С. 164–173.
3. Тайгин В.Б., Лопатин А.В. Метод обеспечения высокой точности формы рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 4. С. 200–208. DOI: 10.26732/2618-7957-2019-4-200-208.
4. Саяпин С.Н. Анализ и синтез раскрываемых на орбите прецизионных крупногабаритных механизмов и конструкций космических радиотелескопов лепесткового типа. Дисс. … докт. техн. наук. Москва. 2003.
5. Следящий опто-электронный мониторинг деформаций в задаче динамической юстировки устройств пространственного наблюдения / Под ред. А.В. Ушакова. СПб.: СПб ГУ ИТМО. 2008.
6. Subrahmanyan R. Photogrammetric measurement of the gravity deformation in a Cassegrain antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2005. V. 53. № 8. P. 2590–2596.
7. Kalabegashvili G.I., Bikeev E.V., Matylenko M.G. Selection of the device for orbital alignment of a large transformable antenna reflector // Reshetnev readings. 2018. P. 121–122.
8. Scheid R.E. Precision pointing compensation for DSN antennas with optical distance measuring sensors // TDA Progress Report. 1989. P. 127–140.
9. Бикеев Е.В., Якимов Е.Н., Матыленко М.Г., Титов Г.П. Способ компенсации деформаций конструкции крупногабаритной антенны космического аппарата // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17. № 3. С. 673–683.
10. Гряник М.В., Ломан В.И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: Радио и связь. 1987.
11. Wang C., Li H., Ying K., Xu Q., Wang Na., Duan B., Gao W., Xiao L., Duan Yu. Active surface compensation for large radio telescope antennas // Hindawi International Journal of Antennas and Propagation. 2018. V. 1. P. 1–17. DOI: 10.1155/2018/3903412.
12. Шипилов С.Э., Ефремов А.А., Якубов В.П. Восстановление формы искривлений зеркальных комбинированных антенн // Изв. вузов. Физика. 2008. Т. 51. № 9/2. С. 103–105.
13. Dai M., Newman T.S., Cao C. Least-squares-based fitting of paraboloids // Pattern recognition. 2007. V. 40. № 2. P. 504–515.
14. Голдобин Н.Н. Методика оценки формы радиоотражающей поверхности крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического аппарата // Вестник СибГАУ. 2013. № 1 (47). С. 106–111.
15. Li Zh., Zhuo X., Wang J., Lei Ya. Fitting method of rotating paraboloid reflector // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. V. 397. № 1. DOI:10.1088/1757-899X/397/1/012047.
16. Алексеенко А.А., Бикеев Е.В., Дорофеев М.О., Лукьяненко М.В., Матыленко М.Г. Система наведения крупногабаритной трансформируемой антенны // Авиационная и ракетно-космическая техника. Вестник СибГАУ. 2014. № 1 (53) С. 104–108.
17. Голдобин Н.Н. Анализ эффективности орбитальной юстировки крупногабаритного рефлектора // Решетневские чтения. 2018. С. 97–99.
18. Голдобин Н.Н. Оценка точности наведения рефлектора на основании информации об отклонениях концов его силовых спиц // Решетневские чтения. 2016. С. 102–104.
19. Suzuki Y., Harada S., Kobayashi K., Ueba M., Ohata K. Deformed antenna pattern compensation method for onboard multi-beam antennas // 25th AIAA International Communications Satellite Systems Conference. 2007. [Электронный ресурс] / URL: https://doi.org/ 10.2514/6.2007-3269.
20. Sikri D., Jayasuriya R.M. Multi-beam phased array with full digital beamforming for SATCOM and 5G // Microwave Journal. 2019. [Электронный ресурс] / URL: https://www.microwavejournal.com/articles/32053-multi-beam-phased-array-with-full-digital-beam­forming-for-satcom-and-5g (дата обращения: 25.02.2022).
21. Пономарев Л.И., Вечтомов В.А., Милосердов А.С. Бортовые цифровые многолучевые антенные решетки для систем спутниковой связи. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016.
22. Романов А.Г., Дардымов А.В., Данилов И.Ю., Чони Ю.И. Retrieving best-fit paraboloid from signals of a ground based beacon for electronic compensation of satellite multi-beam hybrid reflector antenna distortions // 2021 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Kazan, Russia. 2021. P. 1–5. DOI: 10.1109/SIBCON50419.2021.9438869.
23. Романов П.В., Чони Ю.И. Stabilization of beams of a satellite hybrid reflector antenna via processing signals from the ground beacon // 2021 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Kazan, Russia. 2021. P. 1–5. DOI: 10.1109/SIBCON50419.2021.9438853.
24. Мочалов В.В. Аттестация алгоритма акустического приближения // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 12. С. 124–128.
25. Wenhe Ye, Dajun Yue, Fengqi You. Trust-region methods // Northwestern University Open Text Book on Process Optimization [Электронный ресурс] / URL: https://optimization.mccormick.northwestern.edu/index.php/Trust-region_methods (дата обращения: 03.03.2022).