ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2026, № 4 · ИНФОРМАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА

Улучшение точности пеленгования в малоэлементных цифровых антенных решетках за счет применения виртуальных антенных элементов

В.Н. Ратушняк1, Д.Д. Кликно1, Д.Д. Дмитриев1, А.Б. Гладышев1

1 Сибирский федеральный университет, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2026.4.11 УДК 623.76 EDN IUCOJO

Аннотация

В статье рассматривается задача улучшения точности взаимной навигации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) при групповом применении за счет использования бортовой локальной радионавигационной системы на основе дальномерно-пеленгационного метода. Предложен метод формирования виртуальных антенных элементов в малоэлементной цифровой антенной решетке (ЦАР) путем экстраполяции амплитудно-фазового распределения, измеренного на реальных элементах. Такой подход позволяет синтезировать эффективную апертуру, значительно превышающую физическую, без увеличения массогабаритных характеристик. Проведен теоретический анализ разрешающей способности и погрешности пеленгования в зависимости от отношения сигнал/шум (ОСШ), числа элементов и апертуры. С помощью моделирования в среде MATLAB показано, что использование виртуального расширения апертуры снижает погрешность определения угловых координат с 9-14° до 1° и менее. Выполнена оценка современной элементной базы СВЧ-диапазона (T/R-модули GaAs/GaN, многоканальные микросхемы, ПЛИС с интегрированными АЦП), на основе которой определены массогабаритные параметры (менее 1,2 кг) и энергопотребление (около 30 Вт) бортовой системы. Сделаны выводы о технической реализуемости предложенной ЦАР на БПЛА взлетной массой 5-10 кг.

  • беспилотные летательные аппараты
  • групповая навигация
  • цифровая антенная решетка
  • виртуальные антенные элементы
  • сверхразрешение
  • пеленгование
  • отношение сигнал/шум
  • малоэлементная антенная решетка
Abstract (in English)

Improving the accuracy of direction finding in low-element digital antenna arrays through the use of virtual antenna elements

This article examines the problem of improving the mutual navigation accuracy of unmanned aerial vehicles (UAVs) deployed in groups through the use of an onboard local radio navigation system based on the rangefinding and direction-finding method. A method is proposed for generating virtual antenna elements in a small-element digital antenna array (DAA) by extrapolating the amplitude-phase distribution measured on the real elements, which enables the synthesis of an effective aperture significantly larger than the physical one without increasing the weight and dimensions of the system. A theoretical analysis of the resolution and direction-finding error is performed as a function of the signal-to-noise ratio (SNR), the number of elements, and the aperture. Using MATLAB simulation, it is shown that virtual aperture expansion reduces the angular coordinate estimation error from 9-14° to 1° or less. An evaluation of modern microwave components was carried out, including GaAs/GaN T/R modules, multichannel integrated circuits, and FPGAs with built-in ADCs, which was used to estimate the weight and dimensions (less than 1.2 kg) and power consumption (approximately 30 W) of the onboard system. Conclusions are drawn regarding the technical feasibility of the proposed digital avionics system for UAVs with a takeoff weight of 5-10 kg.

Для цитирования

Ратушняк В.Н., Кликно Д.Д., Дмитриев Д.Д., Гладышев А.Б. Улучшение точности пеленгования в малоэлементных цифровых антенных решетках за счет применения виртуальных антенных элементов // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – № 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.4.11

Литература

  1. Дмитриев Д.Д. и др. Навигационное обеспечение беспилотных летательных аппаратов для организации их группового применения // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. - 2025. - Т. 18. - №. 4. - С. 498-508.
  2. Гладышев А.Б. и др. Определение взаимного местоположения беспилотных воздушных судов, действующих в составе группы // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. - 2025. - Т. 18. - №. 5. - С. 649-659.
  3. Фищев М.А., Вещев Д.А. Построение виртуальной антенной решетки корреляционного интерферометра по экспериментальным данным пеленгования // Общество, наука, инновации (НПК-2013). - 2013. - С. 1057-1062.
  4. Патент № 2746063 МПК H01Q 21/29 (РФ). Способ углового сверхразрешения в приемной цифровой антенной решетке. / Винник Л.В., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Шацкий В.В. Приоритет от 21.07.2020. Опубликовано 06.04.2021. Бюл. № 10. Патентообладатель ФГУП РНИИРС.
  5. Ашихмин А.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Методика повышения инструментальной точности мобильных радиопеленгаторов, основанная на оптимальном выборе координат элементов "виртуальной" антенной решетки // Антенны. - 2009. - №. 9. - С. 44-51.
  6. Винник Л.В. и др. Метод синтеза линейной виртуальной антенной решетки // Журнал радиоэлектроники. - 2020. - №. 1.
  7. Ermolayev V.T., Flaksman A.G., Shmonin O.A. Using the Concept of a Virtual Antenna Array in a MIMO Radar in the Presence of Reflections from the Ground Surface // Radiophysics and Quantum Electronics. - 2020. - V. 63. - №. 3. - P. 218-226.
  8. Ашихмин А.В. и др. Использование "виртуальной" антенной решетки из диполей для повышения инструментальной точности радиопеленгатора бортового базирования // Антенны. - 2020. - №. 6. - С. 34-40.
  9. Порсев В.И., Гелесев А.И., Красько А.Г. Угловое сверхразрешение сигналов с использованием "виртуальных" антенных решеток // Вестник Концерна ВКО Алмаз-Антей. - 2019. - №. 4 (31). - С. 24-34.
  10. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. - Радио и связь, 2003.
  11. Ratushnyak V.N. et al. Two-stage Direction Finding Method in Low-Element Antenna Arrays // 2025 Antennas Design and Measurement International Conference (ADMInC). - IEEE, 2025. - P. 66-69.
  12. Ratushnyak V.N. et al. Research on Recurrent Super-Resolution Algorithm in Small-Element Antenna Array // 2025 9th International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT). - IEEE, 2025. - P. 1-4.
  13. Ратушняк В.Н. и др. Концепция виртуальной антенной решетки РЛС вертикального зондирования для решения задач сверхразрешения // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык. - 2025. - №. 2. - С. 43-55.
  14. Ратушняк В.Н. и др. Синтез алгоритма сверхразрешения в малоэлементной антенной решетке // Журнал радиоэлектроники. - 2025. - № 9.
  15. Dmitriev D.D. et al. Use of a Group of Unmanned Aerial Vehicles to Detect Radio-Emitting Devices // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. - 2025. - Т. 18. - №. 7. - С. 931-939.
  16. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025663727 Российская Федерация. Компьютерная модель алгоритма сверхразрешения цифровой антенной решетки и пеленгации источников излучения: заявл. 22.05.2025: опубл. 29.05.2025 / В.Н. Ратушняк, И.В. Тяпкин, Д.Д. Дмитриев [и др.]; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет".