ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2022. №6
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.6.5
УДК: 621.396.96
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ КАЛИБРОВКИ
КАНАЛОВ СИГНАЛОВ АНТЕНН МОНОИМПУЛЬСНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ
М.А. Луковский 1, А.М. Матвеев 2
1 АО «НПП «Исток» им. А.И. Шокина»
141190, Фрязино, ул. Вокзальная, 2а
2 Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет) МАИ
125993, Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4
Статья поступила в редакцию 1 июня 2022 г.
Аннотация. На сегодняшний день антенные решётки (АР) все чаще используются в качестве антенн современных радиотехнических систем (РТС). С помощью АР можно управлять формой диаграммы направленности (ДН) и положением её основного лепестка, именуемого лучом такой антенной системы. В составе каждого канала АР имеются СВЧ-компоненты для управления амплитудой и фазой проходящего в нём сигнала. Данные компоненты характеризуются ошибками установки амплитуды и фазы, что отрицательным образом влияет на форму ДН и её характеристики. Поэтому для компенсации данных ошибок необходимо использовать калибровку АР на этапе производства, и также во время её эксплуатации. В работе представлены различные методы калибровки; определены наиболее подходящие и перспективные методы для калибровки АР; рассмотрены принципы работы этих методов, выявлены достоинства и недостатки методов, проведен сравнительный анализ всех рассмотренных методов, а также условия, в которых целесообразнее использовать тот или иной метод. Рассмотрены следующие методы калибровки: Бесфазовые методы: (метод вращения вектора электрического поля элемента (Rotating-Element Electric Field Vector) – REV-метод, метод измерения двух элементов (Measurement of Two Elements) – MTE-метод, алгоритм Сораса (Sorace), Левита (Leavitt), Корреляционный алгоритм; Адаптивные методы: (метод Music, метод Кейпона, алгоритм SMI (Sample Matrix Inversion algorithm), алгоритм наименьшей среднеквадратичной ошибки (LMS), алгоритм Квази-Ньютона); Автокалибровочные методы: (метод Фридландер-Вайса, метод Ванга-Кедзоу, метод Эстели-Свиндлехарста-Оттерсона), а также предложенный двухэтапный метод калибровки АР. Эти методы являются наиболее привлекательными с практической точки зрения, так как могут быть использованы не только при заводской калибровке АР, но и в процессе эксплуатации.
Ключевые слова: активная фазированная антенная решетка, цифровая антенная решетка, приемо-передающий модуль, подрешетка, диаграмма направленности, фазовращатель, аналого-цифровой преобразователь, калибровка, калибровка каналов, калибровка антенных решеток.
Автор для переписки: Луковский Михаил Александрович, m_lucovskiy@mail.ru
Литература
1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учебник для радиотехнических специальностей вузов [Antennas and microwave devices: Textbook for radio engineering specialties of universities]. Москва, Высшая школа. 1988. 432 с.
2. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И. Устройства СВЧ и антенны. Под ред. Д.И. Воскресенского. Радиотехника. 2006. 376 с.
3. Воскресенский Д.И., Канащенков А.П. Активные фазированные антенные решетки. Радиотехника. 2004. 488 с.
4. Fadamiro A., Famoriji O., Ali A., Zakariyya R., Zhang Z., and Lin F. A Fast and Accurate Multi-Element Calibration Algorithm of an Active Phased Antenna Array. Progress In Electromagnetics Research. 2019. V.78. P.49-58.
5. Yang L., Dang R., Li M., Zhao K., Song C., Xu Z. A fast calibration method for phased arrays by using the graph coloring theory. Sensors. 2018. V18. №12. P.4315.
6. Leavitt M.K. A phase adaptation algorithm. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1976. V.24. №5. P.754-756. https://doi.org/10.1109/TAP.1976.1141404
7. Sorace R. Phased array calibration. Proceedings of the IEEE International Conference on Phased Array Systems and Technology. 2000. P.533-536. https://doi.org/10.1109/PAST.2000.859013
8. Sorace R. Phased array calibration. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2001. V.49. №4. P.517-525.
9. Fadamiro A., Semomhe A., Famoriji O., Lin F. A multiple element calibration algorithm for active phased array antenna. IEEE Journal on Multiscale and Multiphysics Computational Techniques. 2019. V.4. P.163-170.
10. Stoica Р., Nehorai A. MUSIC, maximum likelihood and Cramer-Rao bound. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing.1989. V.37. №5. P.720-741.
11. Capon J. High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis. Proceedings of the IEEE.1969. V.57. №8. P.2408-1418.
12. Krim Н. Two decades of array signal processing research. IEEE Signal Processing Magazine.1996. V.7. P.67-94.
13. Shiu W.Y. Noniterative digital beamforming in CDMA cellular communications systems: master's thesis. 1998. P.180.
14. Werner S. Reduced complexity adaptive filtering algorithms with applications to communications systems. 2002. P.213.
15. Friedlander B., Weiss A.J. Direction finding in the presence of mutual coupling. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1991. V.39. №3. P.273-284.
16. Wang C., Cadzow J.A. Direction-fmding with sensor gain, phase and location uncertainty. Proceeding of IEEE ICASSP. 1991. V.2. P.1429-1432.
17. Asztely D., Swindlehurst A.L., Ottersten B. Spatial signature estimation for uniform linear arrays with unknown receiver gains and phases. IEEE Transactions on Signal Processing. 1999. V.47. №8. P.2128-2138.
18. Джиган В.И., Курганов В.В. Калибровка антенных решёток с малым числом элементов: проблемы и их решения. Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2020. №4. С.159-168. https://doi.org/10.31114/2078-7707-2020-4-159-168
19. Нечаев Ю.Б., Пешков И.В. Исследование способности алгоритмов автоматического калибрования обнаруживать ошибки в каналах адаптивной антенной решетки. Вестник Воронежского государственного университета. Системный анализ и информационные технологии. 2015. №3. С.100-110.
Для цитирования:
Луковский М.А., Матвеев А.М. Сравнительный анализ методов калибровки каналов сигналов антенн моноимпульсной радиолокации. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.6.5