Способ измерения параметров направленности антенны с помощью бпла методом облета

Авторы патента:

Топчиев Сергей Александрович (RU)

Классен Виктор Иванович (RU)

Левитан Борис Аркадьевич (RU)

Просвиркин Илья Александрович (RU)

G01R29/10 - диаграммы излучения антенн

Владельцы патента RU 2626561:

Общество с ограниченной ответственностью "ЧКТБ" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования диаграмм направленности (ДН) антенны методом её облета. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого обеспечивают автоматизацию процесса измерения направленности антенны на основе использования беспилотного летательного аппарат (БПЛА), совершающего круговые облеты измеряемой антенны в полностью автоматическом режиме, на расстоянии, удовлетворяющем условию дальней зоны исследуемой антенны. При этом определение глобальных координат БПЛА выполняется посредством бортового приемника сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС, в том числе ГЛОНАСС). Требуемая точность достигается за счет внесения полученных с контрольно-корректирующей станции (ККС) дифференциальных поправок в результат измерений в процессе постобработки. Для повышения точности измерений амплитуды сигнала в процессе постобработки и построения ДН в результат измерений вносятся поправки на основе данных о положении БПЛА относительно исследуемой антенны в момент измерений и априори известной ДН бортовой антенны. Заданная точность измерения ДН достигается за счет коррекции ошибок измерения глобальных координат, а также ошибок измерения амплитуды сигнала, связанных с эволюциями БПЛА в пространстве в процессе облета и неизотропностью ДН бортовой антенны. В случае измерения параметров направленности передающей антенны измерения мощности поля производятся непосредственно на борту БПЛА с помощью широкополосного измерителя мощности, фиксирующего мощность полезного сигнала, поступающего с входа перестраиваемого полосового фильтра. В случае измерения параметров направленности приемной антенны регистрация амплитуды сигнала производится на Земле посредством приемного измерительного устройства, подключенного к испытуемой антенне. Синхронизация данных измерений амплитуды сигнала и координат БПЛА производится в процессе постобработки по временным меткам, полученным с бортового приемника ГНСС на борту БПЛА и с ККС на Земле. В результате обеспечивается повышение точности, сокращение времени измерения технических характеристик антенн и уменьшение стоимости их исследования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для исследования диаграмм направленности (ДН) антенны методом облета.

2. Уровень техники

Известен способ измерения ДН диапазонной антенны (СССР, SU 1804627 A3, G01R 29/10, опубл., 23.03.1993), включающий излучение сигнала на каждой частоте рабочего диапазона с борта летательного аппарата, перемещающегося в дальней зоне исследуемой антенны по заданной траектории.

Также известен облетный способ измерения ДН, основанный на перемещении измерительной аппаратуры в пространстве относительно исследуемой антенны с помощью пилотируемых и непилотируемых летательных аппаратов, описанный в книге «Метод измерения характеристик антенн СВЧ» под ред. Н.М. Цейтлина. 1985, стр. 128-135.

Общими недостатками данных способов являются низкие точность и производительность измерений диаграммы направленности.

Известен способ, основанный на использовании бортового источника излучений, перемещаемого в пространстве относительно исследуемой антенны с помощью летательного аппарата, наземной опорной антенны, работающей на частоте исследуемой антенны, средств измерения координат летательного аппарата и включающий в себя излучение измерительных сигналов бортовым источником, прием излученных сигналов исследуемой антенной и опорной антенной, измерение отношения амплитуд принятых измерительного и опорного сигналов, измерение текущих угловых координат летательного аппарата, ориентирование оси опорной антенны на летательный аппарат в процессе измерений, описанный в книге «Автоматизированные антенные измерения». Страхов А.Ф., 1985, стр. 73-75.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечения требуемой точности измерения ДН исследуемой приемной антенны.

Известен способ измерения ДН приемной антенны (СССР, SU 1778714 A1, G01R 29/10, опубл. 30.11.1992), в котором излучаются измерительные сигналы f₀ с борта летательного аппарата, перемещающегося в дальней зоне исследуемой антенны, прием излученного измерительного сигнала исследуемой антенной и опорного сигнала опорной антенной, измерение отношения амплитуд принятого измерительного и опорного сигналов с одновременным измерением координат летательного аппарата относительно исследуемой антенны, при этом ось опорной антенны постоянно ориентируют в направлении на летательный аппарат. Этот вариант принимается за прототип.

Недостатком выбранного в качестве прототипа способа является невозможность измерения ДН передающих антенн и высокая удельная стоимость измерений за счет более сложной конструкции и низкого уровня автоматизации.

3. Раскрытие изобретения

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка нового способа, обеспечивающего получение следующего технического результата: повышение точности, сокращение времени измерения параметров направленности антенны и уменьшение стоимости их исследования.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что, с целью полной автоматизации измерения параметров направленности антенны, в качестве носителя измерительного зонда используют беспилотный летательный аппарат (коптерного, самолетного или иного типа), совершающий круговые облеты измеряемой антенны, вдоль маршрута, представляющего собой сечения сферы радиусом R, превышающим расстояние, удовлетворяющее условию дальней зоны исследуемой антенны, в полностью автоматическом режиме.

Определение глобальных координат БПЛА выполняется посредством бортового приемника сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС, в том числе ГЛОНАСС). Требуемая точность достигается за счет внесения полученных с контрольно-корректирующей станции (ККС) дифференциальных поправок в результат измерений в процессе постобработки.

Для повышения точности измерений амплитуды сигнала в процессе постобработки и построения ДН в результат измерений вносятся поправки на основе данных о положении БПЛА относительно исследуемой антенны в момент измерений и априори известной ДН бортовой антенны.

4. Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлена схема измерения ДН приемной антенны, находящейся в режиме приема сигнала, состоящая из: беспилотного летательного аппарата - 1, радиотехнического блока - 2, включающего в себя бортовой генератор - 3 и бортовую антенну - 4, бортового приемника сигналов ГНСС - 5, бортового накопителя информации - 6, гироскопического датчика - 7, датчика-компаса - 8, исследуемой стационарной приемной антенны - 9, приемного измерительного устройства - 10, ККС - 11, наземной станции ЭВМ - 12.

При этом на борту БПЛА - 1 бортовой генератор - 3 соединен с бортовой антенной - 4, первый вход бортового накопителя информации - 6 подключен к выходу ГНСС - 5, второй вход к выходу гироскопического датчика - 7, а третий вход подключен к выходу датчика-компаса - 8. На Земле к станции ЭВМ - 12 подключена ККС - 11, а также исследуемая стационарная приемная антенна - 9 и приемное измерительное устройство - 10, которые соединены между собой последовательно.

На фигуре 2 представлена схема измерения антенны, находящейся в режиме передачи сигнала и состоящей из: перестраиваемого полосового фильтра - 13, широкополосного измерителя мощности - 14, исследуемой стационарной передающей антенны - 15, наземного генератора - 16.

При этом на борту БПЛА - 1 бортовая антенна - 4, перестраиваемый полосовой фильтр - 13, широкополосный измеритель мощности - 14 соединены последовательно и подключены к первому входу бортового накопителя - 6. Ко второму входу бортового накопителя информации - 6 подключен бортовой приемник сигналов ГНСС - 5, к третьему входу гироскопический датчик - 7, а к четвертому входу датчик - компас - 8. На Земле исследуемая стационарная передающая антенна - 15 соединена с наземным генератором - 16.

5. Осуществление изобретения

Принцип измерения приемной антенны, фиг. 1, состоит в следующем.

Бортовой генератор - 3, бортовая антенна - 4, бортовой приемник сигналов ГНСС - 5, бортовой накопитель информации - 6, гироскопический датчик - 7 и датчик-компас - 8 с помощью беспилотного летательного аппарата - 1 вводятся в зону измерений, на расстоянии, удовлетворяющем условию дальней зоны исследуемой антенны. С периодичностью At на бортовой накопитель информации - 6 поступают данные о текущем времени и координатах с бортового приемника сигналов ГНСС - 5, а также данные об ориентации БПЛА относительно севера с датчика - компаса - 8, углах крена ϕ, тангажа θ и рысканья ψ БПЛА с гироскопического датчика - 6. Генератор - 3 через бортовую антенну - 4 излучает монохроматические сигналы частоты f, которые принимаются исследуемой антенной - 9 и поступают на приемное измерительное устройство - 10, в котором по запросу ЭВМ - 12 с периодичностью Δt происходит измерение амплитуды сигнала, далее информация поступает на вход ЭВМ - 12, куда также поступают данные о текущем времени с ККС - 11.

Принцип измерения передающей антенны, фиг. 2, состоит в следующем.

Бортовая антенна - 4, бортовой приемник сигналов ГНСС - 5, бортовой накопитель информации - 6, гироскопический датчик - 7, датчик-компас - 8, перестраиваемый полосовой фильтр - 13 и широкополосный измеритель мощности - 14 с помощью БПЛА - 1 вводятся в зону измерений, на расстоянии, удовлетворяющем условию дальней зоны. Наземный генератор - 16 через исследуемую стационарную антенну - 15 излучает сигналы частоты f, которые принимаются антенной - 4 на борту БПЛА - 1, далее сигнал поступает в перестраиваемый полосовой фильтр - 13, предварительно настроенный на пропуск частоты f. Широкополосный измеритель мощности - 14 производит измерение амплитуды сигнала. С периодичностью Δt на вход бортового накопителя информации - 6 поступают данные измерений с выхода широкополосного измерителя мощности - 14, координаты БПЛА в момент измерения с бортового приемника ГНСС - 5, данные об углах крена ϕ, тангажа θ и рысканья ψ БПЛА с гироскопического датчика - 6, а также данные об ориентации БПЛА относительно севера с датчика-компаса - 8.

1. Способ автоматического измерения параметров направленности антенны методом облета в дальней зоне исследуемой антенны, основанный на применении беспилотного летательного аппарата (БПЛА), отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измерительная система содержит радиотехнический блок, приемник глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), гироскопический датчик, датчик-компас, бортовой накопитель информации, ЭВМ, контрольно-корректирующую станцию (ККС) и в процессе облетов с периодичностью Δt дополнительно измеряют данные об ориентации БПЛА относительно севера, углы крена ϕ, тангажа θ и рысканья ψ на борту БПЛА, характеризующие положение бортовой антенны относительно исследуемой, а также дифференциальные поправки ККС для внесения корректировок в результаты измерений амплитуды сигнала и координат БПЛА в процессе постобработки и построения диаграммы направленности (ДН).

2. Способ автоматического измерения параметров направленности антенны по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения ДН передающей антенны, радиотехнический блок содержит последовательно соединенные бортовую антенну, перестраиваемый полосовой фильтр и широкополосный измеритель мощности.

3. Способ автоматического измерения параметров направленности антенны по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения ДН приемной антенны, радиотехнический блок содержит последовательно соединенные генератор и передающую антенну, а синхронизация данных измерений амплитуды сигнала и координат БПЛА производится в процессе постобработки по временным меткам, полученными с приемника ГНСС на борту БПЛА и с ККС на Земле.

Изобретение относится к технике антенных измерений. Устройство для измерения параметров диаграммы направленности антенн содержит последовательно соединенные исследуемую антенну, фазовращатель, волновой тройник, измерительный приемник, блок оцифровки и устройство обработки и управления, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с тремя выходами блока сопряжения, вход которого является выходом устройства наведения и сопровождения, последовательно соединенные первый датчик вал-код, первый следящий привод и поворотный стол азимутального вращения приемной антенны, который механически соединен с горизонтальной осью вращения приемной антенны и первым датчиком вал-код, последовательно соединенные второй датчик вал-код, второй следящий привод и поворотный стол угломестного наклона приемной антенны, который механически соединен с угломестной осью вращения приемной антенны и вторым датчиком вал-код, а также содержащее синхронизатор, три выхода которого соединены соответственно со вторыми входами измерительного приемника, блока оцифровки и устройства обработки и управления, первый выход которого подключен ко второму входу фазовращателя, второй выход - ко второму входу первого следящего привода, третий выход - ко второму входу второго следящего привода, а третий и седьмой входы соответственно ко вторым выходам первого и второго следящих приводов.

Способ определения диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки // 2620961

Изобретение относится к антенной технике, в частности к способам определения диаграммы направленности активных фазированных антенных решеток (АФАР) в процессе их настройки и исследований.

Способы и устройства для измерения характеристик фазированной антенной решётки // 2617277

Группа изобретений относится к измерительной технике, а конкретнее к измерению параметров канала фазированной антенной решетки (ФАР) и определению диаграммы направленности элементов ФАР.

Устройство исследования электромагнитного поля вторичных излучателей // 2613015

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при решении проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, а также к исследованию параметров вторичного излучения различных сред.

Комплекс измерения мощности излучения базовых станций сотовой связи в вертикальной плоскости // 2606344

Изобретение относится к радиосистемам измерения диаграмм излучения антенн передающих устройств, расположенных на высотных башнях в вертикальной плоскости, в частности в базовых станциях сотовой связи.

Измерительная установка для измерения эффективной площади рассеяния моделей радиолокационных целей // 2600492

Измерительная установка для измерения эффективной площади рассеяния моделей радиолокационных целей содержит: передатчик, двойной тройник, переменную комплексную нагрузку, приемник, приемно-передающую антенну, опору модели, компенсационную опору, тождественную опоре модели, отражения от которых само компенсируются, БЭК, задняя стена которой установлена под углом больше 45° к электрической оси антенны, и подъемник, на котором жестко установлены две опоры.

Отражатель электромагнитных волн // 2592046

Отражатель электромагнитных волн для калибровки устройства радиолокационных систем образован соединением поверхностей минимум трех проводящих прямых круговых цилиндров с одинаковым радиусом основания и разной длиной образующих, лежащих в одной плоскости.

Способ измерения коэффициента усиления антенн в натурных условиях // 2580340

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения коэффициента усиления антенн различных радиоэлектронных средств в натурных условиях, в частности в условиях городской застройки.

Способ измерения коэффициента усиления антенн и устройство для его осуществления // 2575937

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для проведения экспериментальной оценки коэффициента усиления антенн, различных радиоэлектронных систем в диапазоне частот.

Способ измерения комплексных амплитуд возбуждения каналов фазированной антенной решетки // 2575772

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения комплексных амплитуд возбуждения каналов фазированной антенной решетки (ФАР), в частности, в составе штатной аппаратуры радиолокационной станции.

Способ измерения азимутальной диаграммы направленности антенны в составе наземных подвижных объектов больших размеров и устройство для его осуществления // 2638079

Изобретения относятся к технике антенных измерений и может использоваться при измерениях диаграмм направленности азимутальных ДН антенн в составе наземных подвижных объектов больших размеров, в том числе летательных аппаратов (ЛА) в условиях открытых полигонов. Устройство содержит передатчик, исследуемую антенну, приемник, измерительную антенну, блок измерения дальности, блок регистрации и блок радиотехнической системы навигации. Исследуемая антенна установлена на подвижном объекте больших размеров, который размещен на измерительном участке открытого полигона, исследуемая антенна установлена на высоте h1 от его поверхности и подключена к выходу передатчика - источнику радиосигнала, излучаемого через эту антенну при вращении по азимуту, включающего программируемый генератор радиосигналов (ПГР) и широкополосный усилитель мощности (ШУМ). Выход ПГР через ШУМ связан с входом антенны объекта, второй выход ПГР и выходы штатной системы измерения истинного курса и географических координат объекта, а также выход его приемника GPS/ГЛОНАС подключены к входам системы измерения объекта (СИО). Радиосигналы, излученные антенной объекта, принимают две измерительные антенны ортогональной поляризации передвижного наземного измерительного пункта (НИП). Антенны НИП установлены на телескопической мачте с изменяемой высотой установки, выход антенн подключен к входу АСРВ, выходы АСРВ и приемника GPS/ГЛОНАСС НИП подключены через интерфейсы к его ЭВМ управления и регистрации, синхронизацию результатов измерений СИО и НИП реализуют в процедуре слияния данных ЭВМ НИП по единому времени UTC их приемников GPS/ГЛОНАСС. Кроме того, в центре круговых траекторий на высоте h1 от поверхности измерительного участка дополнительно установлена вспомогательная антенна для излучения тестового радиосигнала при измерении коэффициента отражения поверхности измерительного участка и зависимости уровня радиосигнала от дальности, вспомогательная антенна подключена к выходу ШУМ, вход которого соединен с выходом ПГР, которые совместно с автономным источником электропитания установлены в непосредственной близости от вспомогательной антенны. Технический результат заключается в повышении точности оценки ДН антенн. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ определения относительной погрешности измерения эталона // 2642143

Способ определения относительной погрешности измерения эталона, выполненного в виде металлического шара радиусом r и расположенного на расстоянии R над поверхностью земли, который состоит в том, что облучают эталон первичным полем приемно-передающей антенны, одновременно измеряют мощность поля обратного отражения эталона и поля его вторичного излучения в направлении нормали к поверхности земли, поле, отраженное от поверхности земли, ретранслируют с помощью эталона в направлении приемно-передающей антенны, при этом максимальную относительную погрешность измерения эталона (δσэ)max определяют по формуле: (δσэ)max=±2/N⋅tg(2n-1/4)+1/N2⋅tg2(2n-1/4), где N - количество длин волн λ поля в длине расстояния R при условии N>>R/λ, n - количество длин волн λ поля в длине радиуса r при условии n>1. Технический результат изобретения - уменьшение трудоемкости определения максимальной относительной погрешности измерения эталона. 1 ил.