Вступ
У контексті розвитку технологій глобальних навігаційних супутникових систем (GNSS) особливого значення набуває потреба в надійних, безперервних і високоточних рішеннях для позиціонування, навігації та визначення часу (PNT), особливо в умовах складного електромагнітного середовища. Антена з керованим шаблоном прийому сигналу (CRPA) з 16-елементним масивом є вершиною інновацій у цій галузі, створеною задля подолання серйозних перешкод, пов’язаних з радіочастотними завадами (RFI) та блискавичними атаками. Завдяки сучасним цифровим системам керування та складним алгоритмам формування променя ця система забезпечує цілісність і доступність GNSS-сигналів. У цій статті детально розглядається 16-елементна CRPA, аналізуються її основні технології, принципи роботи та чіткі переваги двох основних фізичних конфігурацій: квадратного та кругового масивів.
Основна технологія: передове цифрове керування та формування променя
Серцем переваги 16-елементної CRPA є передовий цифровий контролер і нова технологія формування променя. На відміну від звичайних антен із фіксованим шаблоном прийому, CRPA — це адаптивна антенна система. Вона складається з кількох антенних елементів — у даному випадку шестнадцяти — окремі виходи яких розумно комбінуються та обробляються в режимі реального часу.
• Принцип пригнічення перешкод: Основна функція CRPA полягає у виявленні та нейтралізації джерел перешкод. Цифровий контролер безперервно зчитує сигнали з усіх 16 елементів. Аналізуючи різницю фаз і амплітуд прийнятих сигналів по всьому масиву, він може точно визначити напрямок надходження (DOA) як бажаних GNSS-сигналів, так і небажаних завад. За допомогою складних алгоритмів контролер обчислює унікальний набір вагових коефіцієнтів для кожного елемента. Ці коефіцієнти регулюють фазу та амплітуду сигналів, ефективно створюючи глибокі «нулі» в діаграмі спрямованості антени, орієнтовані на джерела перешкод. Цей процес значно послаблює сигнали глушіння, зберігаючи або навіть підвищуючи підсилення в напрямку супутників GNSS.
• Стійкість до багатоджерельного глушіння: Ключова перевага системи з 16 елементів полягає в її здатності обробляти кілька джерел перешкод одночасно. Ступені свободи, забезпечені 16 елементами, дозволяють системі формувати кілька незалежних нульових напрямків. Це означає, що вона може ефективно придушувати роботу кількох передавачів завад, розташованих у різних географічних місцях, одночасно — ситуація, типова для сучасної електронної боротьби або заторів у міських умовах. Така можливість скасування сигналів від кількох джерел є істотним покращенням порівняно з простішими системами з меншою кількістю елементів, забезпечуючи безперебійну роботу навіть у надзвичайно агресивних спектральних умовах.
• Керування променем та підсилення сигналу: Крім простої нульової настройки, технологія формування променя також може використовуватися для спрямування вузьких променів у бік певних супутників GNSS. Це не лише покращує відношення сигнал/шум (SNR) для слабших сигналів, але й допомагає зменшити багатошляховість — коли сигнали відбиваються від будівель чи поверхні землі перед тим, як потрапити на антену, що призводить до помилок у визначенні місцезнаходження. Завдяки переважному прийому прямої траєкторії сигналу, 16-елементна CRPA забезпечує більш точні та надійні дані PNT.
Фізичні конфігурації масиву: адаптація рішення
16-елементна CRPA доступна в двох різних фізичних конфігураціях, кожна з яких розроблена з урахуванням певних переваг для задоволення потреб різних застосувань: квадратний масив і круговий масив.
Конфігурація квадратного масиву: структура та масштабованість
Квадратний масив розташовує свої 16 елементів у вигляді сітки 4x4. Ця конфігурація має кілька практичних переваг:
• Регулярна структура та модульний дизайн: Симетрична та сіткова структура є за своєю природою модульною. Це спрощує процес проектування та виробництва, часто призводить до більш передбачуваних характеристик і потенційно нижчих витрат на виробництво. Регулярність також полегшує інтеграцію в платформи з прямокутними формами — наприклад, дахи наземних транспортних засобів, стаціонарна інфраструктура чи певні ділянки літальних апаратів.
• Простіший монтаж і розширення: Модульна структура полегшує встановлення, оскільки точки кріплення та фізичні інтерфейси можуть бути стандартизованими. Крім того, ця концепція проектування дозволяє простіше розширювати систему або об'єднувати її у ланцюг у великомасштабних розгортаннях, де може знадобитися кілька систем, забезпечуючи масштабоване рішення для складних оборонних або комерційних мереж.
• Оптимізована продуктивність для плоских геометрій: У сценаріях, де загрози очікуються переважно з горизонту, квадратна решітка може бути дуже ефективною. Її геометрія дозволяє точно розміщувати нулі вздовж головних осей (азимут), що робить її надзвичайно ефективною для придушення перешкод від наземних джамерів.
Конфігурація кругової решітки: збалансована та всебічна продуктивність
Конфігурація кругової решітки передбачає рівномірне розташування 16 елементів по колу, як правило, з одним елементом у центрі. Ця геометрія обирається завдяки своїм високим характеристикам продуктивності:
• Збалансоване покриття та всебічна узгодженість: Кругова симетрія забезпечує однакову відповідність антени у всіх азимутальних напрямках (360 градусів). Це забезпечує більш узгоджені та збалансовані можливості придушення перешкод, незалежно від напрямку, з якого діє джамер. У цьому випадку відсутні природні «слабкі місця» вздовж певних осей, як це може бути у квадратної геометрії.
• Комплексна ефективність у боротьбі з перешкодами: Кільцева решітка чудово працює в динамічних умовах, де платформа (наприклад, літак, корабель або супутник) постійно змінює своє положення, або коли джамери є рухомими. Здатність формувати нульові напрямки однаково ефективно в будь-якому горизонтальному напрямку забезпечує безперервний захист. Центральний елемент разом із зовнішнім кільцем також може сприяти покращенню роздільної здатності за висотою, що підвищує продуктивність при наявності перешкод з низьким кутом місця або в складних сигнальних середовищах.
• Вища гнучкість формування променя: Кругове розташування часто дозволяє отримувати більш симетричні діаграми спрямованості з меншими бічними пелюстками при формуванні посилення в напрямку супутників. Це може забезпечити трохи краще подавлення багатопроменевості та загалом покращити якість сигналу в сценаріях відстеження кількох супутників.
Порівняльний огляд та сценарії застосування
Вибір між квадратною та кільцевою решіткою залежить від конкретних експлуатаційних потреб:
• Оберіть квадратну решітку коли додаток передбачає модульну, легко інтегровану конструкцію для платформ із прямокутними монтажними поверхнями. Ідеально підходить для стаціонарних об'єктів, наземного транспорту або ситуацій, коли середовище загроз є відносно прогнозованим і переважно планарним. Масштабованість є значною перевагою для великомасштабних, стандартизованих розгортань.
• Виберіть круговий масив якщо потрібен найвищий рівень комплексного захисту шляхом подавлення сигналів у всіх напрямках. Це переважний вибір для високодинамічних платформ, таких як літаки, безпілотні літальні апарати (БЛА), кораблі та супутники, оскільки маневри платформи можуть погіршити продуктивність менш симетричного масиву. Збалансоване покриття забезпечує надійну роботу незалежно від напрямку руху.
Висновок
16-елементна CRPA представляє значний крок вперед у технології стійкого PNT. Використовуючи потужність передового цифрового контролера та складних алгоритмів формування променя, вона забезпечує неперевершену захист від багатьох джерел перешкод одночасно, гарантуючи безперебійну роботу критичних GNSS-приймачів. Наявність конфігурацій як квадратної, так і кругової решітки ще більше підвищує її універсальність, дозволяючи інтеграторам систем обирати оптимальне рішення залежно від конструктивних, монтажних та експлуатаційних вимог. Чи то забезпечення успіху місії військового літака, безпечна навігація комерційного судна чи надійність критичної інфраструктури — 16-елементна CRPA є міцним і гнучким захисником спектру GNSS.
EN