На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ МИКРОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

01.04.03 – Радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Ростов-на-Дону – 2009

Работа выполнена в Ростовском военном институте ракетных войск им. Главного маршала артиллерии .

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация

»

Защита состоится «__» _____________ 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.10 в Южном Федеральном университете по адресу:

г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 5, ЮФУ, физфак, ауд.318.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮФУ по адресу: г, Ростов-на-Дону, .

Автореферат разослан "___" ______________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.208.10

доктор физико-математических наук

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСтИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Настоящий период развития радиоэлектронных средств характеризуется использованием все более высокого диапазона частот. Это обусловлено рядом факторов. Во-первых, необходимостью миниатюризации радиоэлектронных средств и антенных систем в частности. Во-вторых, значительным ростом числа существующих радиоэлектронных систем, использующих освоенный на настоящее время диапазон. Следует отметить, что помимо систем радиосвязи, телевидения и радиовещания, которые должны образовать к 2015году в соответствии с Распоряжением Правительства Российской Федерации инфокоммуникационные комплексы, в настоящее время интенсивно применяются и другие радиоэлектронные системы.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В условиях существующих ограничений на использование радиочастотного спектра важную роль приобретают вопросы приема, передачи и обработки радиосигналов. Здесь можно выделить вопросы, связанные с использованием различий радиосигналов во временной, пространственной, поляризационной и частотной областях. Сказанное выше подтверждается и наблюдаемой тенденцией применения сигналов эллиптической поляризации в радиоканалах различного назначения.

Вопросы временной и частотной селекции сигналов, хотя и продолжают активно исследоваться, в настоящее время могут считаться достаточно разработанными, и, кроме того, представляют самостоятельную область научных интересов. В то же время способы, методы и алгоритмы пространственно-поляризационной селекции сигналов являются наиболее перспективными при применении радиосистем различного назначения в условиях существующих ограничений на использование радиочастотного спектра. При этом необходимо отметить, что возможности реализации тех или иных методов пространственно-поляризационной обработки в значительной степени определяются построением используемых антенных систем.

Таким образом, вопросы, связанные с исследованиями антенных систем микроволнового диапазона для пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации, являются актуальными и составляют одно из направлений радиофизики.

В связи с этим в качестве объекта исследования рассматриваются антенные решетки микроволнового диапазона.

Предмет исследования – закономерности, возникающие в антенных системах микроволнового диапазона при пространственно-поляризационной обработке сигналов эллиптической поляризации.

Целью диссертации является выявление и исследование основных закономерностей, возникающих в антенных системах микроволнового диапазона при пространственно-поляризационной обработке сигналов эллиптической поляризации.

Научная задача состоит в разработке методов и алгоритмов пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации и электродинамического анализа реализующих их антенн, а также исследовании возникающих при этом основных закономерностей.

Научная новизна диссертации определяется поставленными задачами, представленными методами их решения и впервые полученными результатами:

1. Получил дальнейшее развитие научно-методический аппарат оптимальной пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации, отличающийся от известных:

- новым методом выбора амплитудно-фазового распределения, обеспечивающим в отличие от известных оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона;

- новыми, впервые полученными аналитическими соотношениями и определяемыми ими закономерностями, связывающими диаграмму направленности антенной системы и глубину «нулей» в компонентах векторной ДН в направлении помехового сигнала с параметрами антенной решетки ортогональных электрических вибраторов;

- численными результатами исследования закономерностей, связанных с существованием электродинамических эффектов, обусловленных взаимным влиянием излучателей в составе антенной решетки микроволнового диапазона, на пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации.

2. Создан новый метод нахождения взаимных сопротивлений системы ортогональных электрических вибраторов конечной толщины, отличающийся от известных использованием интегральных уравнений относительно плотности токов на поверхности излучающего элемента и наложением граничных условий на этой же поверхности с выделением логарифмической особенности функции Грина, что позволяет реализовывать эффективные вычислительные алгоритмы.

Выявленные закономерности должны учитываться при создании антенн микроволнового диапазона для пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации.

Таким образом, разработаны положения и результаты, совокупность которых можно квалифицировать как новую научную задачу в области радиофизики – создание метода и алгоритма пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации и электродинамического анализа реализующих их антенн, а также исследование возникающих при этом основных закономерностей.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается использованием обоснованных физических моделей и строгих (или с известными оценками сходимости) математических методов решения поставленных задач; совпадением в частных случаях полученных результатов с расчетными и экспериментальными данными, приведенными в научной литературе; предельными переходами полученных результатов в известные соотношения для сигналов линейной поляризации; внутренней сходимостью полученных результатов в адаптивных антенных решетках на случай сигналов и помех произвольной поляризации.

Научная и практическая значимость диссертации.

Научная значимость работы заключается в дальнейшем развитии теории пространственно-поляризационной обработки сигналов в антенных решетках микроволнового диапазона.

Практическая ценность работы определяется созданными программными комплексами для нахождения параметров амплитудно-фазового распределения в раскрыве антенной решетки, обеспечивающих оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации, и исследования величины взаимных сопротивлений линейных электрических вибраторов в раскрыве плоской и цилиндрической антенной решетки.

Ряд полученных результатов использован при курсовом проектировании и проведении лабораторных работ по дисциплинам «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Устройства СВЧ и антенны» на кафедре «Радиоэлектроника» Ростовской академии сервиса ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса».

Поставленные в диссертации задачи решались в ходе выполнения ряда проектов Министерства обороны Российской Федерации, совместных НИР в различных отраслевых НИИ. Результаты диссертации являются обобщением и развитием работ автора по решению научных задач, проводимых на протяжении последних четырех лет и успешно реализованных в службе РЭБ штаба РВСН при разработке проектов предложений в программу вооружения и Государственный оборонный заказ по созданию ВВТ РВСН (вх. № 000/НИО от 11.09.07г.), при разработке антенно-фидерных устройств изделий 1РЛ248-4.02 и 1РЛ257 в рамах выполнения Государственного оборонного заказа по НИР «Фобос», «Прожектор», «Камертон», «Треножник» и ОКР «Москва-1» в » (вх. № 000/НИО от 6.07.09г.), учебном процессе Ростовской академии сервиса Южно-Российского университета экономики и сервиса (вх. № 000/НИО от 18.12.08г.). Внедрение результатов подтверждено соответствующими документами.

Основные положения, выдвигаемые для защиты:

1. Метод и реализующий его численный алгоритм выбора амплитудно-фазового распределения, обеспечивающий в отличие от известных оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона.

2. Новые аналитические соотношения, связывающие диаграмму направленности и потенциально достижимые глубины «нулей» в компонентах векторной ДН антенной решетки ортогональных электрических вибраторов в направлении помехового сигнала с параметрами антенны.

3. Метод вычисления взаимных сопротивлений электрических вибраторов конечной толщины плоской и цилиндрической антенных решеток, отличающийся от известных использованием интегральных уравнений относительно плотности токов на поверхности излучающего элемента и наложением граничных условий на этой же поверхности с выделением логарифмической особенности функции Грина, что позволяет реализовывать эффективные вычислительные алгоритмы.

4. Новые закономерности, связанные с существованием электродинамических эффектов, обусловленных взаимным влиянием излучателей в составе антенной решетки микроволнового диапазона, на пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации.

5. Рекомендации по построению антенной решетки микроволнового диапазона, обеспечивающей пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации.

Апробация диссертационной работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2004г.); VI Международном симпозиуме «Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология» (Санкт-Петербург, Россия, 2005г.); МНПК «Телеком-2005» (Ростов-на-Дону, 2005г.); V Conference on Antenna Theory and Techniques (Kyiv, Ukraine, 2005); II МНПК «Актуальные проблемы развития ж/д транспорта» (Самара, 2006); I Межрегиональной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Ростов-на-Дону, 2006); V МНТК «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2006г.); VII Международном симпозиуме «Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология» (Санкт-Петербург, Россия, 2007г.); МНТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (Таганрог, 2007г.); II МНК «Проблемы современной радиоэлектроники» (Ростов-на-Дону, 2008г.);X МНПК «Информационная безопасность» (Таганрог, 2008г.); Международном радиоэлектронном форуме «Современные и перспективные системы радиолокации, радиоастрономии и спутниковой навигации» (Харьков, Украина, 2008г.); VIII Международном симпозиуме «Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология» (Санкт-Петербург, Россия, 2009г.); МНПК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (Дивноморское-Таганрог, 2009г.); Progress in Electromagnetics Research Symposium PIERS-2009 (Moscow, 2009).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 56 научных трудов, в том числе 9 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, и 29 статей и тезисов докладов в сборниках трудов Всероссийских и Международных научных конференций и симпозиумов. Получен патент на изобретение и 5 свидетельств об официальной регистрации программы для ЭВМ.

В диссертации лично автором получены следующие результаты:

в статьях [4, 8] автором получены соотношения, описывающие элементы ковариационной матрицы сигналов адаптивной антенной решетки крестообразных излучателей;

в статье [9] автором разработан метод выбора весовых коэффициентов, обеспечивающий выполнение критерия условной максимизации ОСПШ в случае невозможности исключения полезного сигнала из устройства формирования ковариационной матрицы помех;

в статьях [1-3, 6, 7] автором выполнен вычислительный эксперимент;

в остальных совместных работах результаты получены на паритетных началах.

Структура работы. Диссертация включает в себя введение, четыре раздела, заключение и три приложения. Она содержит 151 страницу машинописного текста, 30 рисунков, 12 таблиц, 143 формулы и список использованных источников, включающий 137 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены ее цели и задачи, показана практическая значимость и научная новизна полученных результатов, сформулированы основные положения и выводы, выносимые на защиту, а также представлено краткое содержание работы.

В первом разделе на основе выполненного анализа проблемных вопросов пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации в антенных системах микроволнового диапазона показано, что возможности использования временного и частотного разделения сигналов, применяемых в настоящее время для селекции сигналов, в значительной степени исчерпаны. В связи с этим основное внимание необходимо уделить внедрению перспективных способов селекции сигналов, к которым относится пространственно-поляризационная обработка. При этом наименее исследованными вопросами для данного способа обработки является их применение для сигналов эллиптической поляризации.

Выполненный анализ известных методов, используемых для пространственной и поляризационной обработки сигналов, показал, что в настоящее время недостаточно полно рассмотрены вопросы совместного использования пространственного и поляризационного вида селекций. Кроме того, вопрос влияния взаимной связи излучателей антенной решетки на величину ОСПШ на выходе антенны является с точки зрения практического применения данных методов нерассмотренным. Все это позволило обосновать актуальность и научную новизну диссертационной работы, а также сформулировать основные направления исследований.

Во втором разделе разработан новый метод пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона, обеспечивающий независимую пространственную обработку ортогональных поляризационных составляющих с целью наилучшего приема одного из сигналов (полезного сигнала). Реализация данного метода связана с предварительной пространственно-поляризационной обработкой сигналов, позволяющей исключить полезный сигнал из устройства формирования ковариационной матрицы для его последующей обработки. С этой целью предлагается сформировать в антенне две группы подрешеток, как показано на рисунке 1. Первая группа используется для исключения полезного сигнала в устройстве формирования ковариационной матрицы помех, вторая – для формирования диаграммы направленности антенны. При этом в направлении полезного сигнала в ДН подрешеток первой группы формируется «нуль», а в ДН подрешеток второй группы – максимум.

Необходимо учесть, что сигналы на выходах групп подрешеток будут искажаться различным образом. Математически данные операции определяются использованием суммирующих матриц и соответственно, используемых для описания сигналов на выходах указанных групп подрешеток:

‑ для подрешеток второй группы:

, (1)

где ‑ -элементный вектор-столбец сигналов; ‑ -элементный вектор-столбец тепловых шумов на выходах подрешеток;

, (2)

-й элемент блока определяется выражением ,

. (3)

‑ направление прихода полезного сигнала; ‑ координаты центра -го элемента () й подрешетки ;

‑ для подрешеток первой группы:

, (4)

. (5)

Подпись: Рисунок 1 Неоднозначность выполнения операции исключения полезного сигнала приводит к тому, что характеристики антенны будут зависеть от параметров подрешеток (числа объединяемых излучателей и амплитудно-фазового распределения ). Для устранения данной неоднозначности сформулирован новый критерий, в соответствии с которым проводится выбор параметров антенной системы:

. (6)

В данном выражении ‑ единичная матрица. ‑ -й принимаемый антенной сигнал (), описываемый соотношением

, (7)

где ‑ матрица размерности , , элементы которой учитывают электродинамические эффекты при приеме сигналов эллиптической поляризации; ‑ значение, определяемое числом излучателей и параметрами численного алгоритма, используемого для расчета характеристик антенной системы; ‑ вектор-столбец размерности . Элементы вектора учитывают проекцию напряженности вектора электрического поля на ортогонально расположенные излучатели, что описывается множителем

, (8)

и связаны с геометрией антенной решетки и направлением прихода -го сигнала, что описывается зависимостью

, (9)

В соотношениях (8), (9) , ‑ направление прихода волны -го сигнала в системе координат , , ‑ направление прихода волны -го сигнала в системе координат ; , ‑ проекции и составляющих волны -го сигнала.

Решением задачи (6) является выбор параметров первой группы излучателей при условии

. (10)

В частном случае решение может быть получено выбором в виде

, (11)

где ‑ вектор-столбец размерности , содержащей блоков, элементы которых описываются выражением ; ‑ единичная матрица размерности ; ‑ параметры, определяющие амплитудно-фазовое распределение в подрешетках первой группы и соответственно направление фазирования дополнительной ДН, обеспечивающей выполнение условия (10); ‑ квадратная блочная матрица, у которой отличные от нуля элементы содержит только блок с индексами , ; ‑ квадратная матрица размерности , определяющая взаимные сопротивления элементов в подрешетке; ‑ по аналогии с значение, определяемое числом излучателей подрешетки и параметрами численного алгоритма, используемого для расчета характеристик антенной системы; ‑ комплексная амплитуда дополнительной диаграммы направленности.

Искажение сигналов при обработке в подрешетках первой группы для исключения полезного сигнала из ковариационной матрицы помех требует коррекции управляющего вектора , обеспечивающего выбор оптимального амплитудно-фазового распределения:

, (12)

где ‑ положительно определенная матрица; ‑ ковариационная матрица помех, формируемая с использованием сигналов после предварительной обработки.

С учетом предложенного амплитудно-фазового распределения в явном виде получены выражения для компонент векторной диаграммы направленности и сигнала на выходе антенной системы.

Выполненные исследования основных закономерностей пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации показали, что обеспечение монотонности показателя качества приема сигналов (величины ОСПШ) при наличии предварительной обработки достигается, если диаграммы направленности подрешеток первой группы являются близкими к изотропным. Формирование «нуля» при воздействии помехового сигнала линейной поляризации происходит только в соответствующей компоненте ДН. При этом формирование данного «нуля» будет происходить в каждой из составляющих данной компоненты, связанных с ортогонально ориентированными плечами вибраторов. Формирование «нуля» в общем случае сигнала эллиптической поляризации происходит в обеих компонентах векторной диаграммы направленности. Ни в одной из составляющих ДН подрешеток ортогонально ориентированных излучателей при этом формирование «нуля» не происходит.

В разделе 3 в строгой постановке решена задача о возбуждении системы (плоской и цилиндрической) ортогональных вибраторов конечного радиуса плоской электромагнитной волной эллиптической поляризации. Новизна подхода заключается в представлении вибратора в виде идеально проводящего цилиндра и выделении логарифмической особенности функции Грина, что позволяет упростить численный алгоритм учета электродинамических эффектов. Нахождение сигналов на выходах излучателей осуществляется путем решения системы двух интегральных уравнений, записанных относительно плотностей токов в ортогонально ориентированных линейных вибраторах, к которым сводится методом Бубнова-Галеркина данная задача. При описании распределения плотности токов в излучателях используется разложение по системе тригонометрических функций. Получены аналитические соотношения, описывающие элементы блоков матрицы взаимных сопротивлений излучателей в антенных решетках.

Для устранения особенности вычислений, обусловленной истоокобразным характером функции Грина, в кратных интегралах, определяющих взаимные сопротивления, выделены две составляющие: стационарная часть и непосредственно особенность функции Грина. В результате преобразований рассматриваемые интегралы могут быть сведены к виду, позволяющему организовать эффективный процесс вычислений взаимных сопротивлений. Предложенный метод реализован в разработанном пакете программ для нахождения комплексных токов в ортогонально ориентированных излучателях. Программы пакета отличаются от известных тем, что учитывают толщину излучателя и позволяют за счет использования функции Грина в виде разложения по спектру плоских волн исключить логарифмическую особенность и упростить вычислительный алгоритм. Снижение объема вычислительных затрат в раз ( ‑ число излучателей в АР, ‑ число учитываемых гармоник тока) при заданной точности получаемых результатов обеспечивается учетом структуры матрицы взаимных сопротивлений излучателей.

Выполнен анализ сходимости результатов в задачах возбуждения плоской электромагнитной волной системы ортогонально ориентированных электрических вибраторов.

В четвертом разделе приводятся результаты исследований направленных свойств и энергетических характеристик антенной системы микроволнового диапазона для пространственно-поляризационной обработки нескольких сигналов эллиптической поляризации. Выполненный анализ результатов исследований направленных свойств при пространственно-поляризационной селекции трех помеховых сигналов показал, что независимо от сочетаний поляризаций помеховых сигналов формирование нуля наблюдается только в соответствующей компоненте векторной ДН. Данный эффект позволяет ограничить снижение ОСПШ даже при попадании помехи линейной поляризации в главный максимум при приеме сигналов круговой поляризации величиной порядка 3 дБ.

Введение в предложенном варианте построения антенны дополнительного блока для исключения полезного сигнала на этапе предварительной обработки сигналов позволяет обеспечивать оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона.

Подпись:Результаты исследований, направленных на оценку влияния электродинамических эффектов на выбор амплитудно-фазового распределения, обеспечивающего исключение полезного сигнала из устройства формирования ковариационной матрицы помех, приведены на рисунках 1-3. При этом рисунки 1,а, 2,а иллюстрируют для случаев выполнения подрешетки в виде и соответственно распределение амплитуды поля в сечении , полученные с учетом (найденные с использованием в выражении (12) матрицы , кривые 1) и без учета (кривые 2) взаимных сопротивлений излучателей. На рисунках с индексом «б» и «в» приводятся контурные графики объемных диаграмм направленности, построенных в обобщенной системе координат, также найденные с учетом и без учета взаимного влияния излучателей соответственно. Направления прихода полезного сигнала определяются углами , . Направление фазирования , в обоих случаях соответствовало направлению прихода полезного сигнала. Нормировка осуществлялась к максимальному уровню поля для каждого случая. На рисунке 3 показаны приводятся потери, обусловленные отказом от учета эффектов взаимного влияния излучателей в составе антенной решетки при сканировании главного лепестка диаграммы направленности в пространственном секторе , в случае одной поляризованной помехи, приходящей с направления , . Уровень помехи 30 дБ. Излучатели размещались в узлах прямоугольной координатной сетки с шагом по обеим координатам.

Подпись: Рисунок 3 Выполненный анализ влияния параметров устройства предварительной обработки на величину ОСПШ позволил сделать вывод о том, что отказ от учета взаимных сопротивлений при выборе параметров устройства предварительной обработки приводит к дополнительному снижению ОСПШ до 4 дБ (0.5…4 дБ). Сформулированы технические предложения по реализации метода пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации в виде следующего алгоритма:

1. Разделение сигналов с выходов каждого из излучающих элементов (линейные ортогонально ориентированные вибраторы) на две части. Одна из них используется для формирования ковариационной матрицы помех, а вторая для обработки в приемном устройстве и выделения полезной информации, передаваемой по радиоканалам.

2. Формирование сигналов двух групп подрешеток:

‑ в подрешетках первой группы (устройство предварительной обработки) выполняется взвешенное суммирование сигналов с выходов соответствующих излучателей, обеспечивающее формирование «нуля» ДН каждой из подрешеток в направлении прихода полезного сигнала;

‑ в подрешетках второй группы выполняется взвешенное суммирование сигналов с выходов соответствующих излучателей для формирования максимума диаграммы направленности каждой из подрешеток в направлении прихода полезного сигнала.

3. Формирование ковариационной матрицы помех из сигналов подрешеток первой группы.

4. Формирование набора весовых коэффициентов, обеспечивающего максимизацию ОСПШ на выходе антенны.

5. Весовое взвешивание сигналов подрешеток второй группы, обеспечивающее максимальное ОСПШ на выходе антенны.

В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

Результатом диссертационного исследования является создание метода и алгоритма пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации и электродинамического анализа реализующих их антенн, а также исследование возникающих при этом основных закономерностей.

Разработанные в работе положения и результаты, совокупность которых можно квалифицировать как новую научную задачу в области радиофизики, в отличие от известных включают:

‑ новый метод выбора амплитудно-фазового распределения, обеспечивающий в отличие от известных оптимальную по критерию максимума ОСПШ пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации в антеннах микроволнового диапазона;

‑ новые, впервые полученные аналитические соотношения и определяемые ими закономерности, связывающие диаграмму направленности антенной системы и глубину «нулей» в компонентах векторной ДН в направлении помехового сигнала с параметрами антенной решетки ортогональных электрических вибраторов;

‑ численные результаты исследования закономерностей, связанных с существованием электродинамических эффектов, обусловленных взаимным влиянием излучателей в составе антенной решетки микроволнового диапазона, на пространственно-поляризационную обработку сигналов эллиптической поляризации.

Кроме того, в рамках проведения исследований разработаны:

‑ новый метод нахождения взаимных сопротивлений системы ортогональных электрических вибраторов конечной толщины, отличающийся от известных использованием интегральных уравнений относительно плотности токов на поверхности излучающего элемента и наложением граничных условий на этой же поверхности с выделением логарифмической особенности функции Грина, что позволяет реализовывать эффективные вычислительные алгоритмы;

‑ пакет прикладных программ для вычисления комплексных амплитуд токов в ортогонально ориентированных излучателях, отличающийся от известных тем, что учитывает толщину излучателя и позволяет за счет использования функции Грина в виде разложения по спектру плоских волн исключить логарифмическую особенность и упростить вычислительный алгоритм. Кроме того, учет структуры матрицы взаимных сопротивлений излучателей, расположенных в узлах прямоугольной сетки, дает возможность снизить объем вычислительных затрат в раз ( ‑ число излучателей в АР, ‑ число учитываемых гармоник тока) при заданной точности получаемых результатов.

Получена совокупность новых физических результатов, определяющих основные закономерности, связанные с пространственно-поляризационной обработкой сигналов эллиптической поляризации и электродинамическими эффектами в антеннах микроволнового диапазона:

‑ обеспечение монотонности показателя качества приема сигналов (величины ОСПШ) с учетом блока предварительной обработки сигналов для независимой пространственной селекции ортогональных поляризационных составляющих с целью наилучшего приема одного из сигналов (полезного сигнала) достигается, если диаграммы направленности подрешеток блока является изотропными;

‑ формирование «нуля» при воздействии помехового сигнала линейной поляризации происходит только в соответствующей компоненте ДН. При этом формирование данного «нуля» будет происходить в каждой из составляющих данной компоненты, связанных с ортогонально ориентированными плечами вибраторов;

‑ формирование «нуля» в общем случае сигнала эллиптической поляризации происходит в обеих компонентах векторной диаграммы направленности. При этом ни в одной из составляющих ДН подрешеток ортогонально ориентированных излучателей формирование «нуля» не происходит;

‑ при отказе от учета электродинамических эффектов при выборе параметров амплитудно-фазового распределения наблюдается неполное исключение полезного сигнала, вследствие этого происходит полное разрушение изотропного характера диаграммы направленности подрешетки и ОСПШ дополнительно снижается на величину до 4 дБ.

На основе выявленных закономерностей сформулированы рекомендации по использованию созданного метода оптимальной пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации:

‑ впервые сформулирован алгоритм пространственно-поляризационной обработки сигналов в антенных системах микроволнового диапазона с исключением полезного сигнала для реализации наилучшей последующей обработки сигналов эллиптической поляризации;

‑ предложена структурная схема, реализующая предложенный алгоритм и отличающаяся от известных наличием блока, позволяющего исключить полезный сигнал из устройства формирования ковариационной матрицы помех.

Выявленные закономерности, а также взаимосвязь характеристик излучающего раскрыва антенны с параметрами пространственно-поляризационной обработки сигналов эллиптической поляризации могут быть использованы при проектировании антенн микроволнового диапазона.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1.  , , Звездина эффективности определения направления прихода коррелированных сигналов методом неквадратичной регуляризации. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2006. Т.11. №5. С.46-50.

2.  , , Звездина неквадратичной регуляризации пространственных спектров с фильтрацией ложных составляющих. // Автометрия. 2007. №1. С.3-9.

3.  , , Звездина электромагнитной совместимости радиоэлектронного оборудования путем использования многослойных радиопоглощающих покрытий. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2007. №5. С.104-106.

4.  [и др.]. Особенности рассеяния электромагнитных волн крестообразным электрическим вибратором. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. №.5. С.14-16.

5.  , , Герасимов рассеяния электромагнитных волн трехплечевым электрическим вибратором. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. № 5. С.5-7.

6.  [и др.]. Влияние поля поверхностных волн на глубину формируемого «нуля» диаграммы направленности антенны. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. № 5. С.29-32.

7.  [и др.]. Оптимизация характеристик излучения и рассеяния трехплечевого электрического вибратора. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. Т.13. №5. С.26-28.

8.  . , Звездина потенциально достижимых характеристик антенных решеток произвольной геометрии при пространственно-поляризационной селекции сигналов. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. Т.13. №6. С.59-62.

9.  [и др.]. Квазиоптимальная обработка сигналов в адаптивных антенных решетках радиосвязи. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. Т.14. №5. С.52-55.

10.  Способ пеленгования многолучевых сигналов: патент № 000 Рос. Федерация; №; зарегистрирован 27.10.07г.; заявлено 13.10.2005.

11.  , Костенко эффективного вычислительного алгоритма в задачах нахождения взаимной связи продольных вибраторов // «Физика и техн. прилож волн. процессов»: сб. докл. III Междунар. НТК, Самара, Россия, 6-12 сентября 2004г. С.341.

12.  [и др.]. Оценка потенциально достижимой ЭМС радиоэлектронных систем при использовании алгоритма «сверхразрешения». // «Электромагн. совместимость и электромагн. экология»: сб. научн. докл. VI Междунар. симп. «ЭМС-2005», Санкт-Петербург, Россия, 21-24 июня 2005 г. С.128-131.

13.  [и др.]. Применение пространственно-поляризационной обработки сигналов в антенных системах спутниковой связи. // Сб. тр. МНПК «Телеком-2005», Ростов-на-Дону, Россия, 18-19 мая 2005г., С.72-76.

14.  Zvezdina Yu. A. [et all.]. Signal processing in antenna with using “supersolution” algorithm. // Proc. Of 5Th Conf. on Antenna Theory and Techniques, Kyiv, Ukraine, 24-27 May, 2005, p.253-256.

15.  Звездина потенциальных возможностей метода пространственно-поляризационной селекции сигналов с эллиптической поляризацией. // «Физика и техн. прилож волн. процессов»: сб. докл. VI Междунар. НТК, Казань, Россия, 17-21 сентября 2007г.

16.  Звездина достижимые характеристики антенны при пространственно-поляризационной селекции сигналов. // «Совр. проблемы радиоэлектроники»: мат-лы II междунар. научн. конф., Ростов-на-Дону, Россия, 9-12 апреля 2008г. – Ростов-на-Дону, РАС ЮРГУЭС, 2008. – С.247-251.

17.  , , Султанов потенциально достижимых характеристик антенны при использовании пространственно-поляризационной селекции сигналов. // «Инф. безопасность»: мат-лы X междунар. научно-практ. конф., Таганрог, Россия, 24-27 июня 2008г. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. С.130-133.

18.  , Звездина пространственно-поляризационная селекция сигналов в антенных решетка. // Сб. научн. тр. МК «Совр. и перспект. системы радиолокац., радиоастрон. и спутн. навигации». Т.1. Ч.2. – Харьков: АНПРЭ, ХНУРЭ, 2008. С. 41-43.

19.  , Звездина метод пространственной селекция сигналов в адаптивных антенных решетках. // Сб. научн. тр. МК «Совр. и перспект. системы радиолокац., радиоастрон. и спутн. навигации». Т.1. Ч.2. Харьков: АНПРЭ, ХНУРЭ, 2008. С. 43-46.

20.  Zvezdina Yu. A. [et al.]. Spatial polarization signal processing in circular polarization antenna. // Progress In Electromagnetics Research Symp.: PIERS 2009, August 18-21, 2009, Moscow, Russia. The Electromagnetics Academy, Cambridge, MA, P., ISSN .

21.  [и др.] Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств при пространственной селекции коррелированных сигналов. // Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология»: Сб. научн. докл. VIII междунар симпозиума «ЭМС-2009», Санкт-Петербург, Россия, 16-21 июня 2009г. СПб, 2009. С.191-193.

22.  Звездина квазиоптимальной обработки в адаптивной антенной решетке одновременно присутствующих полезного и помеховых сигналов. // «Излучение и рассеяние электромагнитных волн»: сб. докл. Междунар НТК «ИРЭМВ-2009», Таганрог-Дивноморское, Россия, 27 июня - 1 июля 2009г. – Таганрог, 2009. С. 262-266.

23.  Звездина предварительной обработки в адаптивных антенных решетках для исключения полезного сигнала при формировании оптимальных весовых коэффициентов. // «Излучение и рассеяние электромагнитных волн»: сб. докл. Междунар НТК «ИРЭМВ-2009», Таганрог-Дивноморское, Россия, 27 июня - 1 июля 2009г. – Таганрог, 2009. С.267-270.

24.  [и др.]. Оптимальная пространственно-поляризационная селекция сигналов в каналах радиосвязи. // «Излучение и рассеяние электромагнитных волн»: сб. докл. Междунар НТК «ИРЭМВ-2009», Таганрог-Дивноморское, Россия, 27 июня - 1 июля 2009г. – Таганрог, 2009. С. 271-275.

25.  , Звездина вычисления комплексных амплитуд токов в антенной решетке продольных вибраторов вблизи импедансного цилиндра. // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № от 13.02.08г.

26.  [и др.]. Программа вычисления ДН адаптивной антенной решетки крестообразных излучателей в обобщенной системе координат. // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № от 2.12.08г.

27.  Звездина моделирования работы ААР с блоком исключения полезного сигнала из ковариационной матрицы помех. // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № от 28.05.09г.

28.  [и др.]. Программа формирования «нуля» в векторной ДН адаптивной антенной решетке крестообразных излучателей. // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № от 28.05.09г.

29.  [и др.]. Оценка радиолокационной заметности цилиндрического объекта с импедансным покрытием. // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № от 11.01.09г.