Влияние локально-плоских искажений излучающего раскрыва на диаграмму направленности фазированной антенной решетки

Introduction. Phased antenna arrays (PAA) of large geometric dimensions find wide application in various spacecraft systems. The PAA design assumes the deployment of its sections in outer space to form a plane of the radiating aperture. However, when implementing such a design, locally flat violations of the radiating aperture may occur. In turn, this may lead to distortion of the original amplitude and phase distribution (APD) under the correct antenna deployment. As a result, the shape of the radiation pattern (RP) changes, in particular, its main maximum shifts and the level of side lobes increases. Under these conditions, in order to ensure the formation of a pattern with the given parameters, it is necessary to correct the APD in a PAA.Aim. To develop a method for correcting the APD in a PAA under the known parameters of violations in the radiating aperture geometry.Materials and methods. The method is based on the condition of minimizing the root-mean-square deviation of the RP formed after correction from the original RP in the absence of aperture violations. The basis of the method is the formation of a redefined system of linear algebraic equations (SLAE) connecting the parameters of geometry violations with RP distortions. Each of the SLAE equations corresponds to a certain angular direction in space, in which the condition of coincidence of the original and corrected RP is imposed.Results. A method for correcting the APD in the presence of locally flat violations of the PAA radiating aperture is proposed. Numerical simulation of the relationship between the parameters of violations and the directional characteristics was carried out. The main relations and results of numerical simulation are presented, in particular, the amplitude distributions, as well as the cross sections of the formed RP and the difference of the normalized RP in the presence of errors in the deployment of the PAA web both without and with APD correction.Conclusion. The results obtained show that, in the absence of APD correction in the PAA aperture, the formation of RP with the given parameters cannot be ensured. In particular, there is a shift of the main maximum of the RP and a change in the nature of the envelope of the side lobes. At the same time, APD correction makes it possible to maintain the RP practically unchanged.Введение. В настоящее время на космических аппаратах различного назначения широко применяются фазированные антенные решетки (ФАР) больших геометрических размеров. Конструкция ФАР предполагает развертывание ее секций в космическом пространстве для формирования плоскости излучающего раскрыва. Однако при развертывании такой конструкции могут возникать локально-плоские нарушения излучающего раскрыва, что приводит в свою очередь к искажению исходного амплитудно-фазового распределения (АФР) при правильном развертывании антенны. В результате изменяется форма диаграммы направленности (ДН), в частности смещается ее главный максимум и увеличивается уровень боковых лепестков. В этих условиях для обеспечения формирования ДН с заданными параметрами необходимо корректировать АФР в ФАР.Цель работы. Разработка метода, позволяющего при известных параметрах нарушений геометрии излучающего раскрыва корректировать АФР в ФАР.Материалы и методы. Метод основан на условии минимизации среднеквадратического отклонения формируемой после коррекции ДН от исходной ДН в отсутствие нарушений раскрыва. Основой метода является формирование переопределенной системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), связывающей параметры нарушений геометрии с искажениями ДН. Каждое из уравнений СЛАУ соответствует определенному угловому направлению в пространстве, в котором накладывается условие совпадения исходной и корректируемой ДН.Результаты. Предложен метод коррекции АФР при наличии локально-плоских нарушений излучающего раскрыва ФАР. Проведено исследование на основе численного моделирования взаимосвязи параметров нарушений и характеристик направленности. Приведены основные соотношения и результаты численного моделирования, в частности амплитудные распределения, а также сечения формируемых ДН и разности нормированных ДН при наличии погрешностей развертывания полотна ФАР без коррекции и с коррекцией АФР.Заключение. Полученные результаты показывают, что при отсутствии коррекции АФР в раскрыве ФАР не обеспечивается формирование ДН с заданными параметрами. В частности, наблюдается смещение главного максимума ДН и изменение характера огибающей боковых лепестков. В то же время выполнение коррекции АФР позволяет сохранить ДН практически без изменения

Синтез амплитудно-фазового распределения в квазикольцевой антенной решетке

Ring antenna arrays find wide application in radio systems of various purpose. However, in many cases it is necessary to use quasi-ring antenna arrays when the emitters are not located in a circle. Such a transition leads to a change in the radiation pattern, i.e. to a shift in its main maximum, an increase in the level of the side lobes, and appearance of two maxima of the radiation pattern. Therefore, to ensure the formation of a directional pattern with specified parameters, it is necessary to correct the amplitude-phase distribution of the quasi-annular antenna array. In this paper, features are considered and an algorithm for the synthesis of the amplitude-phase distribution of a quasi-annular antenna array is developed. The possibilities of preserving the parameters of the directional pattern during the transition from the ring to the quasi-annular antenna array are analyzed.Разработан алгоритм синтеза амплитудно-фазового распределения квазикольцевой антенной решетки, обеспечивающий минимальное среднеквадратическое отклонение параметров формируемой диаграммы направленности этой решетки от заданных параметров диаграммы направленности кольцевой антенной решетки

Построение и обучение радиально-базисных нейросетей для приема телеграфно-кодовых конструкций

The use of neural network classification algorithms for solving the problem of receiving telegram-code structures is considered. The article provides comparison of the neural network classifiers analyzing the normalized input signal as well as the signal after the binary conversion. Various measures of the code distance in the space of informative features are considered. Recognition comparative results for the selected pair of symbols are given. On the basis of these results the code distance is determined, which ensures the minimum recognition error probability. The results obtained in the developed neural network classifier are compared with those obtained in correlation receivers operating in the signal time and frequency domains. The advantage of neural network algorithm is shown. The structure implementing the developed neural network classifier is provided. It is shown that the procedure for the classifier developing, k \ including selection of information signs and their amount, as well as code distance, is not of general nature and is to be performed for each set of recognizable symbols. It is stated that to generalize the received alphanumeric blocks it is necessary to use the second decision contour where current information on the reception and information on the duration of the observed symbol is supplied, which is the subject of further research.Рассмотрено использование алгоритмов нейросетевой классификации для решения задачи приема телеграфно-кодовых конструкций, оценена эффективность их применения. Обоснована структура пред­лагаемой нейросети-классификатора и получены ее параметры. В одинаковых условиях проведено экспе­риментальное сравнение эффективности применения разработанного метода и классических методов оптимального приема детерминированных сигналов, основанных на корреляционном подходе.

Теоретические предложения по повышению помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов в каналах с переменными параметрами

Introduction. At present, the noise immunity of receiving multi-position signals in channels with variable parameters is improved using various signal structures (SS). In particular, in communication systems and the DVB-T2 television standard, these are quadrature amplitude modulation (QAM) signals with transformed constellation diagrams. However, in practical calculations of communication systems, the existing SS models fail to take into account the random nature of changes in the phases of the transformed signal constellation. This, in turn, leads to a discrepancy between the analytical value of error probability and its real value due to asynchronism in the radio link. The SS model proposed in this paper and the obtained analytical ratio take into account the introduced phase distortions in channels with variable parameters.Aim. Development of theoretical proposals for improving the efficiency of receiving QAM signals in radio channels with variable parameters.Materials and methods. The considered transformed SS model and the resulting analytical relation are described on the basis of communication theory and signal theory in the subject area of noise immunity research methods. This, in turn, enables analysis of the effect of phase distortions in channels with variable parameters on the error probability of receiving QAM signal elements.Results. A transformed SS model with improved energy characteristics and an analytical relation for calculating the error probability of receiving QAM signal elements are proposed. Theoretical proposals for improving the noise immunity of receiving multi-position signals in channels with variable parameters are formulated.Conclusion. The developed theoretical proposals for improving the noise immunity of multi-position quadrature signal structures in channels with variable parameters make it possible to improve their energy characteristics, taking into account phase distortions introduced by the communication channel. The presented dependence makes it possible to evaluate the relationship between the values of the probability of a pair error of receiving QAM signal elements and the limits of the change in phase shifts introduced by a communication channel with variable parameters. Future research will address the development of scientific and practical proposals for improving the noise immunity of quadrature multi-position signals, including an algorithm and block diagram for compensating phase shifts introduced in communication channels; processing of the amplitude values of the signal, which assumes the difference in the paths in terms of frequency-polarization and determines the accuracy of eliminating phase distortions.Введение. В настоящее время для повышения помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов в каналах с переменными параметрами применяют различные сигнальные конструкции (СК). В частности, в системах связи и телевизионном стандарте DVB-T2 это сигналы квадратурной амплитудной модуляции (КАМ) с трансформированными констелляционными диаграммами. Однако существующие модели СК при практических расчетах систем связи не учитывают случайный характер изменения фаз трансформированного сигнального созвездия. Это, в свою очередь, приводит к расхождению аналитического значения вероятности ошибки с реальным вследствие асинхронизма в радиолинии. Предлагаемая модель СК и полученное аналитическое соотношение позволяют учитывать вносимые фазовые искажения в каналах с переменными параметрами.Цель работы. Разработка теоретических предложений по повышению эффективности приема сигналов КАМ в радиоканалах с переменными параметрами.Материалы и методы. Рассматриваемая трансформированная модель СК и полученное аналитическое соотношение описаны на основе теории связи, теории сигналов в предметной области методов исследования помехоустойчивости. Это, в свою очередь, позволяет проанализировать влияние фазовых искажений в каналах с переменными параметрами на значение вероятности ошибки приема элементов сигналов КАМ.Результаты. Предложена трансформированная модель СК с улучшенными энергетическими характеристиками и аналитическое соотношение для расчета вероятности ошибки приема элементов сигналов КАМ. Сформулированы теоретические предложения по повышению помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов в каналах с переменными параметрами.Заключение. Разработанные теоретические предложения по повышению помехоустойчивости многопозиционных квадратурных сигнальных конструкций в каналах с переменными параметрами позволяют улучшить их энергетические характеристики с учетом фазовых искажений, вносимых каналом связи. Представленная зависимость дает возможность оценить взаимосвязь между значениями вероятности парной ошибки приема элементов сигналов КАМ и пределами изменения фазовых сдвигов, вносимых каналом связи с переменными параметрами. Кроме того, указанные теоретические предложения предопределили направления дальнейших исследований, заключающиеся в разработке научно-практических предложений по повышению помехоустойчивости квадратурных многопозиционных сигналов: алгоритм и структурную схему компенсации фазовых сдвигов, вносимых в каналах связи; обработку амплитудных значений сигнала, предполагающую различие трактов по частоте-поляризации и определяющую точность устранения фазовых искажений

Математическая модель антенно-волноводного тракта с разделением сигналов по частоте–поляризации

Introduction. The creation of antenna-waveguide paths of multi-band mirror antennas (AWP MMA) is a significant task in the development of antenna-feeder devices for satellite communication systems (SSS). This task involves the construction of an adequate mathematical model of AWP MMA both without and with the implementation of an auto-tracking function built using the "frequency separation – polarization separation" method. However, the existing mathematical models have been developed only for specific AWP MMA types, thus making them unsuitable for the development of new AWP MMA. The model proposed in this paper can be used for an arbitrary number of combined frequency ranges and types of polarization.Aim. Development of a mathematical model of the AWP MMA of SSS both without and with the implementation of an auto-tracking function built using the "frequency separation – polarization separation" method.Materials and methods. The mathematical model under consideration assumes a description of the AWP MMA using block matrices. Each of these matrices describes the complex amplitudes of signals arising in each of the AWP MMA devices. This, in turn, makes it possible to analyze the influence of the parameters of each device on the characteristics of the AWP MMA of SSS as a whole with an arbitrary number of combined frequency ranges and types of polarization.Results. Two options for the construction of AWP MMA of SSS are proposed. The first option can be used in communication system antennas with software support, while the second option is applicable when a monopulse tracking method is implemented. To construct an AWP MMA model, it is proposed to use a matrix description of the characteristics of AWP MMA devices. This allows the structure of the considered AWP MMA to be varied within a wide range.Conclusion. The developed mathematical model makes it possible to describe the characteristics of each of the devices in the AWP MMA system using a certain multipole. The proposed model provides ample opportunities for controlling, at the stages of development, production and debugging, not only the characteristics of each device in the AWP MMA, but also the transmission coefficient and polarization isolation in each frequency range of the entire AWP MMA. The presented dependencies can be used to assess the relationship between parameter tolerances and the limits of changes in the characteristics of the motor vehicle.Введение. В настоящее время одной из проблем разработки антенных-фидерных устройств для систем спутниковой связи (ССС) является создание антенно-волноводных трактов многодиапазонных зеркальных антенн (АВТ МЗА), предполагающее построение адекватной математической модели АВТ МЗА без реализации и с реализацией функции автосопровождения, построенного на основе способа "разделение по частоте – разделение по поляризации". Однако существующие математические модели разработаны только для конкретных типов АВТ МЗА, что делает невозможным их использование при разработке новых АВТ МЗА. Предлагаемая модель может применяться при произвольном числе совмещаемых диапазонов частот и видах поляризации.Цель работы. Разработка математической модели АВТ МЗА ССС без реализации и с реализацией функции автосопровождения, построенной на основе способа "разделение по частоте – разделение по поляризации".Материалы и методы. Рассматриваемая математическая модель предполагает описание АВТ МЗА с использованием блочных матриц. Каждая из этих матриц описывает комплексные амплитуды сигналов, возникающих в каждом из устройств АВТ МЗА. Это, в свою очередь, позволяет проанализировать влияние параметров каждого из устройств на характеристики АВТ МЗА ССС в целом при произвольном числе совмещаемых диапазонов частот и видах поляризации.Результаты. Предложены два варианта построения АВТ МЗА ССС. Первый вариант может быть использован в ССС с программным сопровождением, второй вариант – с реализацией моноимпульсного метода сопровождения. Для построения модели АВТ МЗА предложено использовать матричное описание его характеристик, что позволяет в широких пределах варьировать структуру рассматриваемого АВТ МЗА.Заключение. Разработанная математическая модель позволяет описать характеристики каждого из устройств в составе АВТ МЗА с использованием некоторого многополюсника. Использование предложенной модели открывает широкие возможности на каждом этапе разработки, производства и отладки контролировать как характеристики каждого из устройств в составе АВТ МЗА, так и коэффициент передачи и поляризационную развязку в каждом частотном диапазоне всего АВТ МЗА в целом. Представленные зависимости дают возможность оценить взаимосвязь между допусками на параметры устройств и пределами изменения характеристик АВТ МЗА

Synthesis of Amplitude-Phase Distribution in Quasiconcave an Antenna Array

Ring antenna arrays find wide application in radio systems of various purpose. However, in many cases it is necessary to use quasi-ring antenna arrays when the emitters are not located in a circle. Such a transition leads to a change in the radiation pattern, i.e. to a shift in its main maximum, an increase in the level of the side lobes, and appearance of two maxima of the radiation pattern. Therefore, to ensure the formation of a directional pattern with specified parameters, it is necessary to correct the amplitude-phase distribution of the quasi-annular antenna array. In this paper, features are considered and an algorithm for the synthesis of the amplitude-phase distribution of a quasi-annular antenna array is developed. The possibilities of preserving the parameters of the directional pattern during the transition from the ring to the quasi-annular antenna array are analyzed

Radial Basis Neural Network Construction and Training for Telegraph-Code Structure Reception

The use of neural network classification algorithms for solving the problem of receiving telegram-code structures is considered. The article provides comparison of the neural network classifiers analyzing the normalized input signal as well as the signal after the binary conversion. Various measures of the code distance in the space of informative features are considered. Recognition comparative results for the selected pair of symbols are given. On the basis of these results the code distance is determined, which ensures the minimum recognition error probability. The results obtained in the developed neural network classifier are compared with those obtained in correlation receivers operating in the signal time and frequency domains. The advantage of neural network algorithm is shown. The structure implementing the developed neural network classifier is provided. It is shown that the procedure for the classifier developing, k \ including selection of information signs and their amount, as well as code distance, is not of general nature and is to be performed for each set of recognizable symbols. It is stated that to generalize the received alphanumeric blocks it is necessary to use the second decision contour where current information on the reception and information on the duration of the observed symbol is supplied, which is the subject of further research