Введение
В условиях стремительного развития технологий глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) особую важность приобретает потребность в надёжных, непрерывных и высокоточных решениях для определения местоположения, навигации и точного времени (PNT), особенно в сложных электромагнитных условиях. Шестнадцатиэлементная антенна с управляемой диаграммой направленности (CRPA) представляет собой вершину инноваций в данной области и разработана специально для преодоления серьёзных проблем, связанных с радиочастотными помехами (RFI) и подавлением сигнала. Благодаря передовым цифровым технологиям управления и сложным алгоритмам формирования луча, эта система обеспечивает целостность и доступность сигналов ГНСС. В данной статье представлен подробный обзор шестнадцатиэлементной CRPA, включающий основные технологии, принципы работы и уникальные преимущества двух её основных физических конфигураций: квадратной и круговой решётки.
Основная технология: передовой цифровой контроль и формирование луча
В основе превосходных характеристик 16-элементной антенны CRPA лежит передовой цифровой контроллер и новая технология формирования луча. В отличие от обычных антенн с фиксированным шаблоном приёма, антенна CRPA представляет собой адаптивную антенную систему. Она состоит из нескольких антенных элементов — в данном случае шестнадцати — выходные сигналы которых интеллектуально комбинируются и обрабатываются в режиме реального времени.
• Принцип подавления помех: Основная функция CRPA заключается в выявлении и подавлении источников помех. Цифровой контроллер непрерывно считывает сигналы со всех 16 элементов. Анализируя разности фаз и амплитуд входящих сигналов по всей антенной решётке, он может точно определить направление прихода (DOA) как требуемых сигналов ГНСС, так и нежелательных помех. С помощью сложных алгоритмов контроллер рассчитывает уникальный набор весовых коэффициентов для каждого элемента. Эти коэффициенты корректируют фазу и амплитуду сигналов, эффективно формируя глубокие «нули» в диаграмме направленности антенны в направлении источников помех. Данный процесс значительно ослабляет сигналы подавления, одновременно сохраняя или даже усиливая усиление в сторону спутников ГНСС.
• Устойчивость к многопозиционному подавлению: Ключевое преимущество системы с 16 элементами заключается в её способности обрабатывать несколько одновременных источников помех. Степени свободы, обеспечиваемые 16 элементами, позволяют системе формировать несколько независимых нулей диаграммы направленности. Это означает, что она может эффективно подавлять работу нескольких передатчиков помех, расположенных в разных географических точках, одновременно — ситуация, типичная для современных условий электронной борьбы или перегруженных городских сред. Возможность подавления множества источников является существенным улучшением по сравнению с более простыми системами с меньшим количеством элементов и обеспечивает бесперебойность работы даже в условиях агрессивной спектральной обстановки.
• Управление лучом и усиление сигнала: Помимо подавления помех, технология формирования луча также может использоваться для направления узконаправленных лучей с высоким коэффициентом усиления на конкретные спутники ГЛОНАСС/GNSS. Это не только улучшает отношение сигнал/шум (SNR) для слабых сигналов, но и помогает уменьшить влияние многолучевости — когда сигналы отражаются от зданий или поверхности земли перед попаданием на антенну, вызывая ошибки позиционирования. Благодаря предпочтительному приёму прямого сигнала, 16-элементная CRPA обеспечивает более точные и надёжные данные о ПНТ (позиционировании, навигации и времени).
Физические конфигурации массива: адаптация решения
16-элементная CRPA доступна в двух различных физических конфигурациях, каждая из которых разработана с учётом определённых преимуществ для соответствия различным требованиям применения: квадратный и круговой массив.
Конфигурация квадратного массива: структура и масштабируемость
Квадратный массив располагает свои 16 элементов в виде сетки 4x4. Эта конфигурация обладает рядом практических преимуществ:
• Регулярная структура и модульный дизайн: Симметричная и сеточная компоновка по своей природе является модульной. Это упрощает процесс проектирования и производства, зачастую обеспечивая более предсказуемую производительность и потенциально снижая производственные затраты. Регулярность также облегчает интеграцию в платформы с прямоугольными форм-факторами — такие как крыши наземных транспортных средств, стационарная инфраструктура или отдельные секции летательных аппаратов.
• Упрощённый монтаж и расширение: Модульная структура облегчает установку, поскольку точки крепления и физические интерфейсы могут быть стандартизированы. Кроме того, такая концепция проектирования позволяет легко расширять систему или соединять её по цепочке в крупномасштабных развертываниях, где может потребоваться несколько систем, обеспечивая масштабируемое решение для сложных оборонных или коммерческих сетей.
• Оптимизированная производительность для плоских геометрий: В сценариях, где угрозы ожидаются в основном по горизонту, квадратная решётка может быть очень эффективной. Её геометрия позволяет точно размещать нули диаграммы направленности вдоль основных осей (азимут), что делает её исключительно эффективной для подавления помех от наземных передающих устройств.
Круговая конфигурация решётки: сбалансированная и всесторонняя производительность
Круговая конфигурация решётки располагает 16 элементов равномерно по окружности круга, как правило, с одним элементом в центре. Эта геометрия выбирается благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам:
• Сбалансированное покрытие и всенаправленная согласованность: Круговая симметрия обеспечивает равномерный отклик антенны во всех азимутальных направлениях (360 градусов). Это приводит к более стабильным и сбалансированным возможностям подавления интерференции независимо от направления, с которого действует источник помех. При этом отсутствуют естественные «слабые места» вдоль определённых осей, которые могут возникать при квадратной геометрии.
• Комплексная защита от помех: Круговая антенная решётка отлично работает в динамичных условиях, когда платформа (например, самолёт, корабль или спутник) постоянно меняет своё положение в пространстве, либо когда источники помех являются подвижными. Способность формировать нули диаграммы направленности с одинаковой эффективностью в любом горизонтальном направлении обеспечивает непрерывную защиту. Центральный элемент, в сочетании с внешним кольцом, также может способствовать улучшению разрешения по углу места, повышая эффективность работы при наличии интерференции с малыми углами места или в сложных сигнальных средах.
• Превосходная гибкость формирования луча: Круговое расположение элементов часто позволяет получать более симметричные диаграммы направленности с меньшими боковыми лепестками при формировании усиления в направлении на спутники. Это может обеспечить несколько лучшее подавление многолучевости и улучшить общее качество сигнала в сценариях отслеживания нескольких спутников.
Сравнительная сводка и сценарии применения
Выбор между квадратной и круговой решёткой зависит от конкретных эксплуатационных требований:
• Выбирайте квадратную решётку в случаях, когда приложению требуется модульная, легко интегрируемая конструкция для платформ с прямоугольными поверхностями крепления. Идеально подходит для стационарных установок, наземных транспортных средств или ситуаций, в которых угроза является относительно предсказуемой и в основном планарной. Масштабируемость является значительным преимуществом для крупномасштабных стандартизированных развертываний.
• Выберите круглую антенную решетку когда требуется максимальный уровень всесторонней защиты путем подавления сигналов со всех направлений. Является предпочтительным выбором для высокодинамичных платформ, таких как самолеты, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), морские суда и спутники, где маневры платформы могут ухудшить работу менее симметричной решетки. Благодаря сбалансированному охвату обеспечивается надежная работа независимо от направления движения.
Заключение
16-элементная CRPA представляет собой значительный шаг вперед в технологии устойчивой ПНТ. Благодаря использованию передового цифрового контроллера и сложных алгоритмов формирования диаграммы направленности, она обеспечивает беспрецедентную защиту от множественных одновременных источников помех, гарантируя непрерывную работу критически важных GNSS-приемников. Наличие конфигураций как квадратной, так и круговой антенной решетки дополнительно повышает ее универсальность, позволяя интеграторам систем выбирать оптимальное решение на основе конструктивных, монтажных и эксплуатационных требований. Будь то обеспечение успеха миссии военного самолета, безопасная навигация коммерческого судна или надежность критической инфраструктуры, 16-элементная CRPA выступает в роли надежного и адаптивного стража GNSS-спектра.
EN