ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2020, № 2 · РАДИОТЕХНИКА

Электронная стабилизация лучей спутниковой системы связи при использовании разреженной сетки наземных маяков

П.В. Романов1,2, Ю.И. Чони1,2, А.Г. Романов3,4

1 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ, Казань, Россия
2 Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev - KAI, Россия
3 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева, Железногорск Красноярского края, Россия
4 JSC "Academician M.F. Reshetnev Information Satellite Systems", Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2020.2.4 УДК 621.396.67.012.12: 621.396.4 EDN UKNWRR

Аннотация

В обеспечении энергетического потенциала спутниковой системы связи решающую роль играет крупногабаритная многолучевая гибридная зеркальная антенна (МГЗА), формирующая сотню игольчатых (в доли градуса) лучей, которые покрывают рабочую область в пределах контура соответствующей территории. Даже относительно малые искажения формы рефлектора, например, из-за неравномерного теплового нагрева, приводят к недопустимому нарушению ориентации лучей. Один из способов стабилизации лучей состоит в их фокусировке на наземные маяки, расположенные в центрах соответствующих зон, за счет адаптивного управления весовыми коэффициентами кластеров (ВКК). Предлагается алгоритм коррекции ВВК для поддержания требуемой ориентации лучей по сигналам маяков, смещенных от необходимых направлений вплоть до периферии соответствующей зоны. Демонстрируется эффективность такого способа стабилизации лучей. Обсуждается возможность сокращения числа наземных маяков за счет аппроксимации недостающего ВВК по сигналам окружающих кластеров. При этом, как показывают результаты имитационного моделирования МГЗА типичной геометрии, восстановление ВВК промежуточных кластеров достигается с точностью, при которой ориентация луча поддерживается в пределах 7% от его ширины. Основные результаты работы докладывались на XIII Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь».

  • спутниковая многолучевая антенна
  • луч
  • кластер
  • компенсация деформаций рефлектора
  • наземный маяк
  • satellite multi-beam antenna
  • reflector surface distortions
  • compensation
  • cluster
  • weighting coefficients
  • a ground beacon
Abstract (in English)

Electronic stabilization of the beams of a satellite communications system using a sparse network of ground beacons

Today, multi-beam reflector antennas are widely used to meet the strict requirements on the power budget for satellite telecommunications systems. They form hundreds of needle-like beams that cover the required area. Even relatively small distortions in the shape of the antenna reflector, for example, due to uneven thermal heating, lead to unacceptable disturbance in the orientation of the beams. To maintain the stability of the reflector surface, complex mechanical systems are used. If not alternative, then an additional system of beams stabilization can focus them on ground beacons located in the centers of the corresponding zones. This realizes adaptive adjustment of the cluster weighting coefficients (CWC) based on beacon signals received. A CWC correction algorithm is proposed to maintain the required beam orientation under conditions when the beacon can be offset from the desired direction up to the periphery of the corresponding zone. The effectiveness of this method of stabilization of the beams is demonstrated. The possibility of reducing the number of ground beacons is discussed, the implementation of which requires the approximation of the CWC from the signals of the surrounding clusters. The results of simulation of the multi-beam reflector antenna of typical geometry show that the restoration of the CWC of intermediate clusters is achieved with an accuracy at which the beam orientation is maintained within 7% of its width.

Для цитирования

Романов П.В., Чони Ю.И., Романов А.Г. Электронная стабилизация лучей спутниковой системы связи при использовании разреженной сетки наземных маяков // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.2.4

Литература

  1. Гряник М.В., Ломан В.И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: Радио и связь. 1987. 72 с.
  2. Шипилов С.Э., Ефремов А.А., Якубов В.П. Восстановление формы искривлений зеркальных комбинированных антенн // Известия ВУЗов. Физика. 2008. Т. 51. № 9/2. С. 103-105.
  3. Шендалев Д.О. Проектирование формообразующей структуры зонтичного рефлектора // Вестник СибГАУ. 2013. № 6(52). С. 164-173.
  4. Alan R., Roberto J., Peter T., Lee Shung-Wu. Compensation of reflector antenna surface distortion using an array feed // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1989, vol. 37, no. 8, 1989.
  5. US 4,586,051 - H01Q 19/10 Reflector distortion compensation system for multiple-beam wave satellite antennas / Saitto A., Mica G. Assignee: Agence Spatiale Europeenne, Paris. Publ. Apr. 29, 1986.
  6. Чони Ю.И., Шумина А.А. Возбуждение кластера облучателей гибридной зеркальной антенны в условиях деформации рефлектора // Всероссийская научно-практическая конференция АКТО-2016. Т. 2. С. 753-759.
  7. Пономарев Л.И., Вечтомов В.А., Милосердов А.С. Бортовые цифровые многолучевые антенные решетки для систем спутниковой связи / Под ред. Л.И. Пономарева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. 197 с.
  8. Романов А.Г., Данилов И.Ю., Чони Ю.И., Мочалов В.В. Дофокусировка многолучевой гибридно-зеркальной антенны в условиях эксплуатационных нагрузок. // Наукоемкие технологии, №12, 2017г, С. 85-90.
  9. Чони Ю.И. Синтез антенн: оптимизация решения с учетом конечной точности его реализации. // Радиотехника, № 10(15), 2019, с. 18-24.
  10. Гряник М.В., Ломан В.И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: Радио и связь. 1987. 72 с.
  11. Шипилов С.Э., Ефремов А.А., Якубов В.П. Восстановление формы искривлений зеркальных комбинированных антенн // Известия ВУЗов. Физика. 2008. Т. 51. № 9/2. С. 103-105.
  12. Шендалев Д.О. Проектирование формообразующей структуры зонтичного рефлектора // Вестник СибГАУ. 2013. № 6(52). С. 164-173.
  13. Alan R., Roberto J., Peter T., Lee Shung-Wu. Compensation of reflector antenna surface distortion using an array feed // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1989, vol. 37, no. 8, 1989.
  14. US 4,586,051 - H01Q 19/10 Reflector distortion compensation system for multiple-beam wave satellite antennas / Saitto A., Mica G. Assignee: Agence Spatiale Europeenne, Paris. Publ. Apr. 29, 1986.
  15. Чони Ю.И., Шумина А.А. Возбуждение кластера облучателей гибридной зеркальной антенны в условиях деформации рефлектора // Всероссийская научно-практическая конференция АКТО-2016. Т. 2. С. 753-759.
  16. Пономарев Л.И., Вечтомов В.А., Милосердов А.С. Бортовые цифровые многолучевые антенные решетки для систем спутниковой связи / Под ред. Л.И. Пономарева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. 197 с.
  17. Романов А.Г., Данилов И.Ю., Чони Ю.И., Мочалов В.В. Дофокусировка многолучевой гибридно-зеркальной антенны в условиях эксплуатационных нагрузок. // Наукоемкие технологии, №12, 2017г, С. 85-90.
  18. Чони Ю.И. Синтез антенн: оптимизация решения с учетом конечной точности его реализации. // Радиотехника, № 10(15), 2019, с. 18-24.