• Windows 7
• Windows 8
• Windows XP
• Windows yleinen
• Rauta

Vaiheen keskus. Lähetysantennin ominaisuudet ja parametrit

Laskettaessa suurtaajuustekniikassa peiliheijastavia järjestelmiä (parabolisia peilejä) käyttäen, tulee aina esiin tehtävänä löytää antennin vaihekeskus (PCA), koska Peilin oikea toiminta on mahdollista vain, jos polttopisteessä on antenni (nimeltään syöttölaite, syöttötorvi), jolla on pallomainen vaiheaaltorintama ja tämän pallon keskipiste on peilin fokuskohdassa. Mahdollisille poikkeamille, sekä vaiherintaman muoto pallosta että PCA:n siirtyminen peilin fokuksesta, peilijärjestelmän tehokkuus laskee, koska sen suuntakuvio on vääristynyt.

Vaikka FCA:n etsimisen aihe on arkielämässäkin varsin ajankohtainen, sillä perinteisten satelliittitelevisioantennien lisäksi paraboliset antennit WiFi-, WiMAX- ja matkapuhelinviestintään (UMTS/3G, LTE/4G) ovat yleistyneet - tästä huolimatta tämä aihe on kirjallisuudessa huonosti käsitelty ja käyttäjät sekoittavat usein vaihekuvion tavanomaiseen säteilykuvioon.

Tietokonesimulaatioohjelmia käsittelevistä videoista voi joskus löytää käytännön ohjeita FCA:n etsimiseen, mutta yleensä niissä ei ole edes vähäisiä selityksiä siitä, mitä etsimme ja mitä saamme.

Siksi aukon täyttämiseksi kirjoitamme lyhyen artikkelin, jossa on käytännön esimerkkejä.
Vaihesäteilykuvio on antennin lähettämän sähkömagneettisen kentän vaiheen riippuvuus kulmakoordinaateista.
(A.P. Pudovkin, Yu.N. Panasyuk, A.A. Ivankov - Antennin perusteoria)

Koska antennin etävyöhykkeellä kenttävektorit E ja H ovat samassa vaiheessa, vaihekuvio on yhtä lailla suhteessa antennin lähettämän EMF:n sähköisiin ja magneettisiin komponentteihin.
Vaihekuvio on merkitty kreikkalaisella kirjaimella Psi:

Ψ = Ψ (θ, φ) , jossa r = vakio.

Jos Ψ(θ, φ) = const kohdassa r = const, niin tämä tarkoittaa, että antenni muodostaa aallon vaiherintaman pallon muodossa.

Tämän pallon keskustaa, jossa koordinaattijärjestelmän origo sijaitsee, kutsutaan antennin vaihekeskukseksi (PCA).

Antennin vaihekeskus on piste, johon voidaan sijoittaa yksi ainoa tarkasteltavaa antennijärjestelmää vastaava pallomainen aaltolähetin suhteessa tuotetun kentän vaiheeseen.
(Drabkin A.L., Zuzenko V.L. Antenni-syöttölaitteet)

Kaikissa antenneissa ei ole FCA:ta. Antenneissa, joissa on vaihekeskus ja monikeila-amplitudikuvio, joiden välillä on selkeät nollat, vierekkäisten keilojen kentän vaihe eroaa π:n (180°) verran.

Saman antennin amplitudi- ja vaihesäteilykuvioiden välinen suhde on kuvattu

Todellisissa antenneissa vaihekeskuksen katsotaan yleensä olevan säteilykuvion pääkeilan rajoitettujen kulmien sisällä. Vaihekeskuksen sijainti riippuu käytetyn signaalin taajuudesta, antennin säteilyn/vastaanoton suunnasta, sen polarisaatiosta ja muista tekijöistä. Joillakin antenneilla ei ole vaihekeskusta yleisesti hyväksytyssä mielessä.

Yksinkertaisimmissa tapauksissa, esimerkiksi parabolisessa antennissa, vaihekeskus osuu yhteen paraboloidin fokuksen kanssa ja voidaan määrittää geometrisista näkökohdista. Monimutkaisemmissa tapauksissa, kuten torviantenneissa, vaihekeskuksen sijainti ei ole ilmeinen ja vaatii asianmukaisia ​​mittauksia.

Vaihekeskuksen kenttämittaukset ovat erittäin työvoimavaltaisia ​​(etenkin laajalla taajuuskaistalla).
Sähkömagneettisten kenttien CAD-simulaattoreissa FCA:n laskenta on hyvin yksinkertainen tehtävä, mutta vaatii silti useita manuaalisia manipulaatioita, koska se suoritetaan "raa'alla voimalla" ja vaatii pienen alkuasetuksen toiminnolle, jota aiomme käyttää raa'alla voimalla.

Käytännön laskelmia varten otetaan todellinen paraabelisyöttölaite Ku-bandille - LNB Inverto, Black Ultra -sarjasta.

Tämä syöttölaite näyttää tältä (osastossa)

Herneen kokoinen pallo tulee olemaan FCA, mutta sitä emme vielä tiedä ja tehtävämme on löytää sen sijainti.

Esimerkissä käytämme seuraavia syötteitä:

Laskentataajuus 11538,5 MHz (aallonpituus 25,982 mm)
- lineaarinen vaakapolarisaatio (Y-akselilla)
- itse antenni on suunnattu X-akselia pitkin, ts. säteilyn pääsuunta θ=90, φ=0

Perinteisten kaukokentän parametrien laskeminen Ansys HFSS:ssä antaa tämän säteilykuvion 3D- ja 2D-muodossa

Sähkökentän (E-kenttä) intensiteetin hetkelliset arvot (V/metri) vaiheesta riippuen

Integroitu E-kentänvoimakkuus (>1 aaltokierrokselle)

Kaikki tällaiset Far-Field-parametrit, sekä kenttämittauksissa että CAD-simulaatioissa, lasketaan äärettömällä pallolla - Infinite Sphere. Testattava antenni tai sen tietokonemalli sijoitetaan tällaisen pallon keskelle, ja mittaussondi liikkuu tällaisen pallon kehää pitkin ja mittaa EM:n amplitudia, polarisaatiota (yhden komponentin amplitudia) ja vaihetta. Aalto. Anturi voidaan kiinnittää pysyvästi ja testattavaa antennia voidaan kääntää.

Pääasia että:

Etäisyys oli aina sama (eli se oli täsmälleen mittauspallo)
- pallon säde oli riittävän suuri, jotta mittauksia tehtiin vain sillä avaruuden alueella, jossa sähkökentän E ja magneettikentän H vektorit ovat samassa vaiheessa, ts. mikään komponenteista ei ole hallitseva eikä siirry vaiheessa (ei reaktiivisuutta) johtuen antennin metallijohtimissa olevista varauksenkuljettajista tai varautuneista dielektrisistä molekyyleistä.

SISÄÄN Ansys HFSS Kaukokentän mittausten suorittamiseksi sinun on luotava vähintään yksi ääretön pallo: Säteily -> Lisää kaukokentän asetukset -> Infinite Sphere

φ ja θ voidaan aina määrittää välillä 0 - 360, mutta laskelmien ajan säästämiseksi on joskus järkevää rajoittaa tutkittava kulma tiettyyn sektoriin. Kun asetetaan 1 asteen askel, koko pallo vie 360 ​​* 360 = 129 600 laskettua pistettä ja 0,1 asteen askeleella lähes 13 miljoonaa 3D/2D-raporttien luomiseksi säteilykuviosta 2-3 asteen askel yleensä riittää (14 400 laskettua pistettä askeleella 3 astetta). On järkevää käyttää 1 asteen tai pienempää askelta vain siivuanalyysissä

"Coordinate System" -välilehdellä jokaisella pallolla on oltava oma koordinaattikeskipisteensä. Oletusarvoisesti projektin globaali koordinaattikeskus on aina siellä. Voit halutessasi lisätä minkä tahansa määrän muita suhteellisia koordinaatteja. Sekä mallin geometriaelementit että mukautettu pallo "Infinite Sphere" voidaan määrittää suhteessa globaaliin koordinaattikeskukseen tai suhteessa käyttäjän yhteen. Käytämme tätä alla.

Aallon erottuva vaiherintama näkyi yllä olevassa E-kentän animaatiossa. EM-aalto muodostaa samankeskisiä ympyröitä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin heitetyn kiven aiheuttamat ympyrät vedessä. Vaihekeskus on piste, jossa tällainen kivi heitettiin. Voidaan nähdä, että sen sijainti on jossain torven kellossa, mutta sen tarkka sijainti ei ole ilmeinen.

FCA-hakumenetelmä perustuu siihen, että katsomme E-kenttävektorin (sen vaiheen) suuntaa äärettömän kaukana olevan pallon pintaa pitkin.

Esittelyä varten luomme 2 animaatiota E-kenttävektoreilla pallolle, jonka säde on 4 lambda (tämä ei ole ääretön pallo, mutta piirustuksen parhaaseen mittakaavaan tämä säde riittää).

Ensimmäisessä animaatiossa pallon keskipiste sijaitsee täsmälleen FCA:ssa

Toisessa animaatiossa keskipiste on sijoitettu projektipisteeseen 0, 0, 0 (edelle katsottuna oletetaan, että se on 25,06 mm FCA:n takana)

Ensimmäisen pallon pinnalla (se on kaareva, se ei ole taso) on selvää, että vektorit liikkuvat synkronisesti. Niiden amplitudi (magnitudi) on erilainen, koska antennikuvion keskellä on maksimi (jopa 14,4 dBi), joka häipyy tasaisesti kertoimella 2 (-3 dB) ±20° kulmissa.

Meitä ei kiinnosta väri/pituus, vaan vektorin suunta. Joten ne kaikki liikkuvat synkronisesti (vaiheessa).

Ensimmäisessä animaatiossa kaikki vektorit liikkuvat synkronisesti, ikään kuin pallo pyörisi oikealle ja vasemmalle.

Toisessa animaatiossa vektorit ovat asynkronisia, jotkut ovat jo vaihtaneet liikesuuntaa, toiset eivät vielä. Tämän pallon pintaan kohdistuu jatkuvasti pintajännitystä/venimää.

Ensimmäinen sfääri sijaitsee FCA:ssa, toinen ei ole FCA:ssa.

Tehtävä PCA:n etsimisessä tällä menetelmällä on liikuttaa (raaka voima) Ääretöntä Sfääriä pienin askelin, kunnes tämän meitä kiinnostavan sfäärin alueella (meitä kiinnostaa vain pääsäteilykeila) levinneestä vaiheesta tulee minimaalinen (mieluiten nolla).

Mutta ennen kuin siirrymme raakaan voimaan, selvitetään ensin, kuinka vaihekuvioita voidaan näyttää HFSS:ssä.

Kaukokenttäraporteissa “Results -> Create Far Field Report” voidaan näyttää joko perinteinen suorakulmainen diagrammi (Rectangular plot) tai 2D ympyräkuvaaja (Säteilykuvio), jossa yhtä akselia pitkin (esim. X) voidaan näyttää riippuvuus kulmakoordinaatti (esimerkiksi θ) ja Y-akselia pitkin - vaihearvot näissä kulmissa θ.

Raportti, jota tarvitsemme, on rE - "säteilytetty E-kenttä".
Kullekin äärettömän pallon kulman [φ, θ] kohdalla lasketaan sähkökentän kompleksiluku (vektori).

Muodostettaessa tavanomaisia ​​amplitudikaavioita (suuntakuvio, säteilytehon jakautuminen suunnassa) kiinnostaa tämän kentän amplitudi (mag), joka voidaan saada joko mag(rE):nä tai heti käyttämällä kätevämpää muuttujaa Gain ( teho annetaan suhteessa tehoon viritysportissa ja suhteessa isotrooppiseen emitteriin).

Vaihekuviota rakennettaessa olemme kiinnostuneita kompleksiluvun imaginaariosasta (vektorivaiheesta) polaarisessa merkinnässä (asteina). Käytä tätä varten matemaattista funktiota ang_deg (kulma_asteessa) tai cang_deg (kertynyt_kulma_asteissa)

LNA Inverto Black Ultra -antennin vaihekuviolla XZ-tasossa (φ=0) vaakasuuntaisella herätepolarisaatiolla (rEY) on seuraava muoto

Kulma Theta=90 on säteilyä eteenpäin, Theta=0 ylös, Theta=180 alas.

Arvot ang_deg vaihtelevat välillä -180 - +180, kulma 181° on kulma -179°, joten kuvaaja on sahan muotoinen kulkiessaan pisteiden läpi ±180°.

Arvot cang_deg kertyy, jos vaiheenmuutoksen suunta on vakio. Jos vaihe on tehnyt jopa 3 täyttä kierrosta (ylitetty 180° 6 kertaa), niin kertynyt arvo saavuttaa 1070°.

Kuten artikkelin alussa kirjoitettiin, antennien vaihe- ja amplitudikuviot on yleensä kytketty toisiinsa. Vierekkäisissä amplitudikeiloissa (säteissä) vaiheet eroavat 180°.

Laitetaan päällekkäin vaihe (punainen/vaaleanvihreä) ja amplitudi (violetti) graafit

Amplitudikuvion kohoumat seuraavat selvästi vaihekatkoja, kuten kirjoissa on kirjoitettu.

Meitä kiinnostaa vaiherintama vain tietyllä avaruuden sektorilla, pääsäteilykeilan sisällä (jäljellä olevat keilat paistavat edelleen parabolisen peilin ohi).

Siksi rajoitamme kaavion vain sektoriin 90 ±45° (45-135°).

Lisätään kuvaajaan merkit MIN (m1) ja MAX (m2), jotka osoittavat suurimman faasidispersion tutkittavalla sektorilla.

Lisäksi lisäämme matemaattisen funktion pk2pk(), joka etsii automaattisesti minimin ja maksimin koko kaaviosta ja näyttää eron.

Yllä olevassa kaaviossa ero on m2-m1=pk2pk= 3,839 °

FCA:n etsimisen tehtävänä on liikuttaa Infinite Sphereä pienin askelin, kunnes funktion pk2pk(cang_deg(rE)) arvo on minimoitu.

Siirtääksesi ääretöntä palloa, sinun on luotava toinen ylimääräinen koordinaattijärjestelmä: Mallintaja -> Koordinaattijärjestelmä -> Luo -> Suhteellinen CS -> Offset

Koska tiedämme varmasti, että symmetrisen torven PCA sijaitsee X-akselilla (Z=Y=0), niin Z:lle ja Y:lle asetetaan 0, ja se liikkuu vain X-akselia pitkin, jolle määritämme. muuttuja Pos (alkuarvolla 0 mm)

Luodaan optimointitehtävä automatisoidaksesi raa'an voiman prosessin.
Optimetrics -> Add -> Parametric, ja aseta muuttuva askel Pos arvoon 1 mm välillä 0 - 100 mm

"Kirjanmerkissä" Laskut -> Asetuslaskenta"Valitse raportin tyyppi "Far Field" ja funktio pk2pk(cang_deg(rEY)). Määritä "Aluefunktiot" -painikkeessa alue -45 - +45 astetta (tai mikä tahansa muu kiinnostava)

Aloitetaan ParametricSetup1 -> Analysoi.

Laskenta suoritetaan melko nopeasti, koska Kaikki kaukokentän laskelmat ovat jälkikäsittelyä eivätkä vaadi mallin uudelleenratkaisua.

Kun olet suorittanut laskennan, napsauta ParametricSetup1 -> Näytä analyysitulokset.

Näemme selkeän minimin etäisyydellä X=25mm

Suuremman tarkkuuden saavuttamiseksi muokkaamme parametrista analyysiä alueella 25,0-25,1 mm 0,01 mm:n välein

Saamme selkeän minimin kohdassa X=25,06 mm

Voit arvioida visuaalisesti, missä FCA on mallissa, piirtämällä palloja (ei-malli) tai pisteitä.

Tässä kohdassa X = 25,06 mm sijoitetaan 2 palloa (säteellä 2 ja 4 lambda)

Tässä sama juttu animaatiossa

Tässä on lähikuva tasosta ja herneestä pisteessä X=25.06

Yleinen väärinkäsitys on, että HFSS:ssä (ja muissa ohjelmissa, kuten CST:ssä), kun asetat 3D-kuvaajan antennin geometrian päälle, kuvaaja sijoitetaan automaattisesti FCA:han.

Valitettavasti se ei ole. 3D-kuvaaja asetetaan aina sen koordinaattijärjestelmän keskelle, jota käytettiin "Infinite Sphere" -alueen asettamiseen tälle kuvaajalle. Jos käytettäisiin oletusarvoista globaalia koordinaattijärjestelmää, 3D-kaavio sijoitettaisiin arvoon 0,0,0 (vaikka antenni itse olisi kaukana).

Yhdistääksesi kaavioita, sinun on valittava 3D Plot -asetuksista "Infinite Sphere" (luo toinen), jolle "Suhteellinen CS" on asetettu FCA-pisteeseen, jonka löysimme manuaalisesti.

On huomattava, että tällainen päällekkäisyys koskee vain tutkittavaa sektoria (esimerkiksi kuvion pääkeila), sivu- ja takakeilassa FC voi sijaita eri paikassa tai olla ei-pallomainen.

Huomaa myös, että Infinite Sphere -asetuksilla ei ole mitään tekemistä säteilyrajaehdon kanssa. Rad-kerros voidaan määritellä suorakulmioksi, kartioksi, sylinteriksi, palloksi, kiertoellipsoidiksi ja sen sijaintia, muotoa ja pyörimissuuntaa voidaan siirtää halutulla tavalla. "Infinite Spheren" sijainti ja muoto eivät muutu millään tavalla. Se on aina pallo (pallo), jonka säde on ääretön (riittävän suuri) ja jonka keskipiste on tietyssä koordinaattijärjestelmässä.

LNB_InvertoBlackUltra.aedt-mallitiedosto tutkimusta varten on saatavilla täältä.

Antennimittaukset Keksintö liittyy antennimittauksiin ultralaajakaistasignaaleilla (UWB) ja sitä voidaan käyttää antennien kehittämisessä, testaamisessa ja kalibroinnissa. Mittaus- ja testiantennit sijoitetaan etäalueelle ja luotaukseen käytetään UWB-signaaleja. Esimittauksen aikana testattavaa antennia käännetään kiertoakselin ympäri valituissa kulmissa ja löydetään kiinteä vastaanottoikkuna, johon vastaanotettavat signaalit putoavat. Pääluotauksen aikana signaalien etenemisajojen ero testattavan antennin eri kiertokulmissa olevien antennien vaihekeskuksien välillä arvioidaan löydetty-ikkunassa. Tätä varten joko arvioidaan vastaanotettujen UWB-signaalien sijainnin ero vastaanottoaikaikkunassa tai lasketaan niiden vaihetaajuusspektri ja lasketaan testattavan antennin vaihekeskuksen koordinaatit taajuusspektrille. . Selvitä testattavan antennin vaihekeskuksen akseli, johon nähden signaalien etenemisaika antennien vaihekeskipisteiden välillä ei riipu testattavan antennin kiertokulmasta. Antennin vaihekeskuksen avaruudellisen sijainnin määrittämiseksi muuta testattavan antennin pyörimisakselia ja etsi toinen vaihekeskuksen akseli. Testattavan antennin vaihekeskus löytyy vaihekeskiakselien leikkauspisteestä. Tekninen tulos on nopea ja tarkka määritys testattavan antennin vaihekeskuksen sijainnista taajuusspektrille. 2 palkkaa f-ly, 3 sairas.

Keksintö liittyy sähköisten ja magneettisten suureiden mittaukseen, erityisesti antennimittauksiin ultralaajakaistasignaaleilla (UWB), ja sitä voidaan käyttää antennien kehittämisessä, testaamisessa ja kalibroinnissa.

Antennin vaihekeskus on piste, johon voidaan sijoittaa yksi ainoa tarkasteltavaa antennijärjestelmää vastaava pallomainen aaltolähetin suhteessa tuotetun kentän vaiheeseen. Todellisissa antenneissa vaihekeskuksen katsotaan yleensä olevan säteilykuvion pääkeilan rajoitettujen kulmien sisällä. Vaihekeskuksen sijainti riippuu käytetyn signaalin taajuudesta, antennin säteilyn/vastaanoton suunnasta, sen polarisaatiosta ja muista tekijöistä. Joillakin antenneilla ei ole vaihekeskusta yleisesti hyväksytyssä mielessä.

Yksinkertaisimmissa tapauksissa, esimerkiksi parabolisessa antennissa, vaihekeskus osuu yhteen paraboloidin fokuksen kanssa ja voidaan määrittää geometrisista näkökohdista. Suunnittelu- ja teknologiset virheet johtavat kuitenkin vaihekeskuksen siirtymiseen yksinkertaisimmissakin antennirakenteissa. Näitä tapauksia varten on tunnettu menetelmä antennin vaihekeskuksen määrittämiseksi, jossa mittausantenni sijoitetaan tutkittavan parabolisen antennin kaksoispolttovälin alueelle, jolloin antennijärjestelmä siirretään maksimivastaanottopisteeseen. heijastuneesta signaalista määrittämällä määritellyn pisteen koordinaatit ja ottamalla ne paraboloidia approksimoivan pallon keskipisteeksi, etsi paraboloidin fokus, jota pidetään tutkittavan parabolisen antennin vaihekeskuksena. Määrittämällä antennin säteilykentän Poynting-vektorin suunta voidaan määrittää vaihekeskiakselit, jotka leikkaavat antennin vaihekeskuksessa. Leikkauspisteen määrittämiseksi riittää, että määritetään kaksi akselia.

Tämän menetelmän haittana on rajallinen käyttöalue - vain parabolisille antenneille, sekä mittausten suorittamisen merkittävä monimutkaisuus, kun on tarpeen määrittää taajuusspektrin vaihekeskus.

Monimutkaisemmissa tapauksissa, kuten torviantenneissa, vaihekeskuksen sijainti ei ole ilmeinen ja vaatii asianmukaisia ​​mittauksia. Säteilevän torven vaihekeskuksen määrittämiseksi on tunnettu menetelmä, jossa torvi viritetään mikroaaltosignaalilla, vastaanotetaan erityiseltä näytöltä heijastuva signaali, arvioidaan vastaanotetun signaalin vaihe ja määritetään vaihekeskuksen koordinaatit. testattavasta antennista.

Tämän menetelmän haittana on rajallinen käyttöalue - vain torviantenneille, sekä mittausten suorittamisen merkittävä monimutkaisuus, kun on tarpeen määrittää taajuusspektrin vaihekeskus.

Antenniryhmäelementin vaihekeskipisteen määrittämiseksi on tunnettu menetelmä, jossa kaukovyöhykkeelle asennetaan kaksi antennia, tutkitaan testattavana olevan antenniryhmän elementti, jota varten ne kiertävät sitä pyörimisakselin ympäri, kummassakin. aseman ne lähettävät signaaleja malliantennilla, vastaanottavat ne testiantennilla ja arvioivat vastaanotettujen signaalien amplitudin ja vaiheen sekä löytävät vaihekeskivektorin, joka minimoi eron mitatun ja lasketun vaihekuvion välillä.

Tämän menetelmän haittana on mittausten suorittamisen suuri monimutkaisuus, kun on tarpeen määrittää antennin vaihekeskus taajuusspektrille.

Lähin vaadittua menetelmää on menetelmä antennin vaihekeskuksen sijainnin määrittämiseksi, joka koostuu kahden antennin asentamisesta kaukaiselle vyöhykkeelle, testattavan antennin luotamisesta, jota varten ne pyörittävät sitä pyörimisakselin ympäri valitussa kohdassa. kulmat, kussakin asennossa ne lähettävät signaaleja vakioominaisuuksilla yksi, vastaanottavat mittausantenninsa ja arvioivat vastaanotettuja signaaleja, testattavan antennin vaihekeskus löytyy vaihekeskuksen akselien leikkauspisteestä. Tässä tapauksessa mittausantenni sijoitetaan peräkkäin kahteen sähkömagneettisen kentän pisteeseen, kussakin paikassa mitataan vastaanotetun signaalin amplitudit ja vaiheet sähkökenttävektorin kolmelle ortogonaaliselle komponentille, määritetään vaihekeskuksen kaksi akselia, alkaen apuantennin vaihekeskuksista (kahdessa asennossa) ja päättyen testattavan antennin vaihekeskipisteeseen.

Tämän menetelmän haittoja ovat sen soveltuvuus vain antennin elliptiseen polarisaatioon, alhainen tarkkuus ja suuri monimutkaisuus mittausten suorittamisessa, kun on tarpeen määrittää taajuusspektrin vaihekeskus. Alhainen tarkkuus selittyy sillä, että sähkökenttävektorin komponenttien tarkka määrittäminen ei ole helppoa, ja kahden tuntemattoman vektorin leikkauspisteen löytäminen kaukovyöhykkeeltä johtaa vielä merkittävämpiin virheisiin.

Antennivaihekeskuksen tarkan sijainnin tunteminen on erittäin tärkeää erittäin tarkkojen navigointimittausten kannalta, koska vaihekeskuksen sijainnin määrittämisessä tehdyt virheet vaikuttavat suoraan kohteiden navigointiparametrien määritystarkkuuteen. Antennien suunnittelun, valmistuksen ja kalibroinnin aikana ryhdytään toimenpiteisiin vaihekeskuksen sijainnin selvittämiseksi. Nykyaikaiset antennijärjestelmät käyttävät laajalti antenniryhmiä, joille "vaihekeskuksen" käsite tulee monimutkaiseksi ja vielä enemmän sen mittaaminen. Esimerkiksi Global Positioning Systemsissä (GPS) kansainvälisen geodynaamisen tutkimuksen (IGS) ja muiden organisaatioiden toimittamat tarkat efemeridit välittävät tietoa satelliitin massakeskipisteestä, ja kun tällaisia ​​efemeridejä luodaan ja käytetään GPS-tietojen käsittelyyn, on tarpeen tietää antennin vaihekeskuksen tarkka sijainti suhteessa satelliitin massakeskipisteeseen, ottaen huomioon suunnitteluvirheet antennien ja satelliitin valmistuksessa, itse navigointisatelliitin vaikutus antennin toimintaan, havainto kulmat, polarisaatio ja muut tekijät. Tarkkuuden lisäämiseksi käytetään kalibrointia. Lisäksi nykyaikaiset antennijärjestelmät käyttävät usein monimutkaisia, ei-monokromaattisia signaaleja, mikä tekee antennimittauksista erittäin vaikeaa.

Ehdotetulla menetelmällä ratkaistavia tehtäviä ovat testattavan antennin vaihekeskuksen sijainnin nopea ja tarkka määritys taajuusspektrille.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi menetelmä antennin vaihekeskuksen sijainnin määrittämiseksi koostuu kahden antennin asentamisesta kaukaiselle vyöhykkeelle, testaamalla testattava antenni, jota varten ne kiertävät sitä pyörimisakselin ympäri valituissa kulmissa, kummassakin. asennossa ne lähettävät signaaleja, joilla on vakioominaisuudet yhden, ja vastaanottavat ne toisen antennin ja arvioivat vastaanotettuja signaaleja, testattavan antennin vaihekeskus löytyy vaihekeskuksen akselien leikkauspisteestä, UWB-signaaleja käytetään luotaukseen, alustava suoritetaan luotaus, jonka aikana vastaanottoaikaikkunan vähimmäiskoko ja sen sijainti suhteessa lähetyshetkeen arvioidaan ja valitaan siten, että vastaanotetut signaalit putoavat vastaanottoikkunaan, suorittavat pääluotauksen, jonka aikana vastaanottavat signaaleja Arvioi valitussa vastaanoton aikaikkunassa signaalin etenemisajoissa erot antennien vaihekeskuksien välillä testattavan antennin eri kiertokulmissa ja löydä testiantennin vaihekeskuksen akseli akselin suuntaisesti pyörimisnopeus, johon nähden signaalien etenemisaika antennien vaihekeskipisteiden välillä ei riipu testattavan antennin kiertokulmasta, valitse testattavan antennin toinen pyörimisakseli, toista esi- ja pääluotaus ja löydä toinen vaihekeskuksen akseli.

Perusluotauksessa antennin vaihekeskuksen sijainnin karkeasti määrittämiseksi antennin vaihekeskipisteiden välisen signaalin etenemisaikojen eron arviona käytetään niiden sijainnin eroa vastaanottoaikaikkunassa.

Antennin vaihekeskuksen sijainnin määrittämiseksi tarkasti, jotta voidaan arvioida signaalin etenemisaikkojen ero antennien vaihekeskuksien välillä pääluotauksen aikana, lasketaan niiden vaihetaajuusspektri ja antennin vaihekeskuksen koordinaatit. testattavat lasketaan taajuusspektrille.

Ehdotetun menetelmän merkittäviä eroja prototyyppiin verrattuna ovat:

UWB-signaaleja käytetään äänisignaaleina. Tällaiset signaalit mahdollistavat antennimittausten nopeuttamisen suorittamalla ne samanaikaisesti laajalla taajuusalueella.

Prototyyppi käyttää yksivärisiä signaaleja. Työskentely tällaisten signaalien kanssa on teknisesti yksinkertaisempaa ja selkeämpää, koska antennin ominaisuudet mitataan suoraan kullakin taajuudella erikseen. Jos kuitenkin on tarpeen määrittää vaihekeskuksen sijainti taajuusspektrille, mittausten monimutkaisuus kasvaa moninkertaiseksi.

Esimittaus suoritetaan, jonka aikana vastaanottoaikaikkunan minimikoko ja sen sijainti suhteessa lähetyshetkeen arvioidaan ja valitaan siten, että vastaanotetut signaalit jäävät vastaanottoikkunan sisään. Kiinteän vastaanottoaikaikkunan valinta mahdollistaa vastaanotetun signaalin kaikki informatiiviset osat kaikissa testattavan antennin valituissa kiertokulmissa, mahdollistaa lisämittausten suorittamisen samoissa olosuhteissa ja varmistaa vastaanotetun signaalin vaihetaajuusominaisuuden laskennan tarkkuus mittaustulosten myöhemmän käsittelyn aikana. Vastaanottoikkunan minimikoko varmistaa myös suuremman mittaustarkkuuden, koska valitulla näytteiden määrällä vastaanottoikkunassa aikanäytteenottovaihe on minimaalinen. Lisäksi minimivastaanottoaikaikkunan valinnan seurauksena polkuerosta johtuen tutkimusalueen vieraista esineistä heijastuneita signaaleja ei putoa siihen, ja tästä johtuen antennimittausten kustannukset pienenevät.

Prototyypissä signaalin vastaanotto tapahtuu jatkuvasti, ei synkronoitu lähetyshetkeen. Tässä tapauksessa monokromaattisen signaalin vaihe määritetään epäselvästi, mikä johtaa tarpeeseen käyttää erityisiä piirejä, esimerkiksi AS USSR No. 1125559. Lisäksi sivuheijastusten ongelman ratkaisemiseen tässä tapauksessa liittyy vakavia materiaalikustannuksia kaiuttomien kammioiden luomisesta, vain tietyillä taajuusalueilla toimivien pinnoitteiden absorboimisesta, kalliiden ohilentomittausten suorittamisesta jne.

Toteutetaan pääluotaus, jossa signaalit vastaanotetaan valitussa vastaanottoaikaikkunassa, antennien vaihekeskipisteiden väliset signaalin etenemisajoissa olevat erot arvioidaan testattavan antennin eri kiertokulmissa ja antennin akselilla. testattavan antennin vaihekeskipiste löytyy pyörimisakselin suuntaisesti, johon nähden signaalin etenemisaika antennien vaihekeskipisteiden välillä ei riipu testattavan antennin kiertokulmasta. Suurin ero on erojen käyttö signaalin etenemisajoissa, mikä mahdollistaa vaihekeskuksen sijainnin mittaamisen suhteessa testattavan antennin pyörimisakseliin.

Prototyypistä löytyy vaihekeskuksen akselit, jotka lähtevät mittausantennin paikoista kaukovyöhykkeellä, mikä synnyttää merkittäviä mittausvirheitä.

Valitse testattavan antennin toinen pyörimisakseli, toista esi- ja pääluotaus ja etsi toinen vaihekeskuksen akseli. Toinen kiertoakseli voidaan valita mielivaltaisesti, mukaan lukien 90° kulmassa ensimmäiseen akseliin nähden, mikä lisää akselien leikkauspisteen ja siten vaihekeskuksen koordinaattien löytämisen tarkkuutta.

Prototyypissä vaihekeskuksen akselit sijaitsevat rajoitetussa kulmassa säteilykuvion pääkeilaan nähden, mikä heikentää näiden akselien leikkauspisteen löytämisen tarkkuutta.

Signaalin etenemisaikojen eron arvioimiseksi pääluotauksen aikana käytetään eroa niiden sijainnissa vastaanottoaikaikkunassa. Tämä menetelmä mahdollistaa vain karkean arvion vaihekeskuksen sijainnista ottamatta huomioon vaihekeskuksen sijainnin riippuvuutta taajuudesta.

Prototyypissä lähetys- ja vastaanottohetkien välisen synkronoinnin puute ei mahdollista signaalin vastaanottoaikojen eroa, kun testattavaa antennia pyöritetään.

Vaihekeskuksen tarkempi sijainti saadaan laskemalla niiden vaihe-taajuusspektri arvioimaan signaalin etenemisaikkojen eroa pääluotauksen aikana. Vastaanotetun signaalin vaihe-erot kullakin taajuudella voidaan helposti muuntaa signaalin etenemisaikojen eroiksi ja testattavan antennin vaihekeskuksen koordinaatit lasketaan taajuusspektrille. Tämä lähestymistapa mahdollistaa työn työvoimaintensiteetin vähentämisen johtuen siitä, että yhdessä mittausjaksossa on mahdollista saada testattavan antennin vaihekeskipisteiden koordinaattispektri.

Prototyyppi määrittää antennin vaihekeskuksen yhdelle taajuudelle. Jos on tarpeen saada ilmoitetut tulokset taajuusspektrille, syntyy suuria aika- ja laitteistokustannuksia äänisignaaligeneraattoreiden, vaihemittareiden ja muiden tämän menetelmän toteuttavien laitteiden osien uudelleenjärjestelystä.

Keksinnöllistä menetelmää havainnollistetaan seuraavilla graafisilla materiaaleilla:

Kuva 1 - Kaavio antennin vaihekeskuksen sijainnin karkealle laskennalle.

Kuva 2 - Kaavio antennin vaihekeskuksen sijainnin tarkkaan laskemiseen.

Kuva 3 - Laite, joka toteuttaa ehdotetun menetelmän.

Tarkastellaanpa mahdollisuuksia toteuttaa ehdotettu menetelmä.

Ennen mittausten aloittamista, kuva 1, kaukovyöhykkeelle asennetaan kaksi antennia, ts. Valitse etäisyys L testien 1 ja mittaus2 antennin odotettavissa olevien vaihekeskittymien välillä, eikä itse etäisyydellä L ole väliä, koska mittaukset suoritetaan suhteessa testiantennin pyörimisakseliin. Mittausantennin ominaisuuksilla ei myöskään ole merkitystä, sillä sen amplitudi-taajuusvaste ja sen vaihekeskuksen sijainti eivät myöskään vaikuta mittauksiin. Testattavan antennin kiertokulmat valitaan siten, että mittaussektorilla ei ole testattavan antennin amplitudisäteilykuviossa nollia, jotka vastaavat vaihehyppyjä. Testattava tai mitattava antenni voi toimia vastaavasti säteilevänä antennina, toinen antenni osoittautuu vastaanottoantenniksi.

Mittauksia varten yksi antenni lähettää UWB-signaaleja ja toinen vastaanottaa niitä. Tällaisina signaaleina voidaan käyttää identtisiä (vakioominaisuuksilla) lyhyitä videopulsseja, joiden kesto on murto-osista useisiin pikosekunteihin ja joiden spektri on nollasta kymmeniin gigahertseihin. Tämä pulssi voidaan vastaanottaa stroboskooppisella muuntimella - laitteella, joka vastaanottoikkunassa, joka on kiinteä suhteessa mittaussignaalin lähetyshetkeen, valitsee vastaanotetusta signaalista tietyllä hetkellä yhden näytteen. Koetus samoilla pulsseilla antennien samassa paikassa toistetaan monta kertaa (tuhansia kertoja) mielivaltaisella taajuudella, ja näytteenoton aikapisteet siirtyvät vastaanottoikkunaa pitkin. Tämän vastaanottomenetelmän seurauksena tapahtuu skaalausaikamuunnos, ts. vastaanotettu luotaus "nopea" pulssi havaitaan joukkona sen lukemia, mutta eri aikaskaalalla. Tässä tapauksessa on mahdollista käsitellä jokainen näyte "hitaasti" käyttämällä tavanomaisia ​​analogia-digitaalimuuntimia ja tietokonekäsittelymenetelmiä.

Oletetaan, että ennen mittausten aloittamista, kuva 1, testiantennin 1 pyörimisakseli 0Y on kohtisuorassa XOZ-tasoon nähden eikä ole sama kuin sen suuntaisen vaihekeskuksen akseli, joka kulkee pisteen Z c (FC) kautta. . Kun testiantennia 1 käännetään kulman α i verran, antennien 1 ja 2 vaihekeskipisteiden välinen etäisyys muuttuu ja sen seurauksena UWB-signaalin etenemisaika niiden välillä määrällä ΔT ja vastaanotetun vaiheen verran. signaali ΔФ(f). Vaiheenmuutoksen määrä riippuu tarkasteltavasta taajuudesta f.

Tehdään alustava luotaus, jonka aikana testattavaa antennia käännetään valituissa kulmissa. Ne lähettävät ja vastaanottavat UWB-signaaleja. Valitse antennin 2 signaalin vastaanottoikkunan alkamisaika siten, että testiantennin 1 millä tahansa kiertokulmalla α havaitaan antennin 2 vastaanottaman pulssin alku. Muuta ja löydä vastaanottoaikaikkunan minimikesto että testiantennin 1 missä tahansa kiertokulmassa koko vastaanotettu pulssi osuu siihen.

Suoritetaan pääluotaus, jonka aikana UWB-signaaleja vastaanotetaan valitussa vastaanottoaikaikkunassa. Päätehtävä on löytää vaihekeskipisteen akseli, joka kulkee vaihekeskuksen (PC) kautta ja on yhdensuuntainen antennin 1 pyörimisakselin 0 kanssa.

Arvioidaksesi karkeasti antennin 1 vaihekeskuksen akselin sijainnin, arvioi erot signaalien etenemisajoissa antennien 1 ja 2 vaihekeskuksien välillä testiantennin 1 eri kiertokulmissa. etsi 0Z-akseli (perusakseli), joka kulkee antennin 1 pyörimisakselin, vaihekeskiantennin 2 ja antennin 2 vaihekeskuksen leikkaava akseli pisteessä Z c. Tätä varten etsitään antennin 1 kulma-asento, jossa vastaanotettu signaali on lähimpänä vastaanottoikkunan alkua (jos vaihekeskipiste on siirtynyt eteenpäin suhteessa pyörimisakseliin) tai vastaanottoikkunan loppua (jos vaihekeskus on pyörimisakselin takana). Sitten antenni 2 käännetään tunnettuun kulmaan ai ja määritetään ero DT UWB-signaalin etenemisajoissa osoitetuissa kahdessa paikassa. Geometristen näkökohtien perusteella voimme määrittää tuntemattoman suuren:

Z c =СΔТ/(1-cos(α i)),

missä C on valon nopeus. Z c:n arvo ja 0Z-akselin sijainti määräävät yksiselitteisesti vaihekeskiakselin sijainnin.

Kuvatun menetelmän heikko tarkkuus vaihekeskuksen akselin määrittämiseksi selittyy seuraavilla olosuhteilla:

1. Antennin vaihekeskuksen sijainti riippuu taajuudesta ja siksi UWB-signaalille löydetty koordinaatti Z c on vain eräänlainen "integraaliapproksimaatio" vaihekeskukselle, mutta sitä voidaan käyttää esim. etäisyysmittaukset.

2. Arvio UWB-signaalin ajallisesta sijainnista vastaanottoikkunassa on epäselvä, koska antennia 1 käännettäessä vastaanotettujen signaalien muoto muuttuu, joten mikä vastaanotetun signaalin hetki tulee katsoa vastaanottohetkeksi, ei ole ilmeinen .

3. 0Z-akselin sijaintia ei määritetä tarkasti, koska α i =0:n läheisyydessä UWB-signaalin kulkuaikojen ero ΔT muuttuu vähän.

Viimeisen ongelman ratkaisemiseksi on mahdollista suorittaa mittauksia ainakin kolmelle eri antennin 1 kulma-asemalle ja ratkaista, kuten alla esitetään, vastaava yhtälöjärjestelmä.

Vaihekeskiakselin paikan tarkka määritys on mahdollista vain erikseen kullekin vaaditun taajuusspektrin taajuudelle f j. Tämän ongelman ratkaisemiseksi diskreetin Fourier-muunnoksen (DFT) avulla vastaanotetun signaalin vaihetaajuusspektri lasketaan useissa antennin 1 kulmakohdissa. Kun n=3, menetelmä vaiheen akselin sijainnin laskemiseksi. antennin 1 keskipiste yhdelle taajuudelle fj on seuraava. Olkoon antennin 1 vaihekeskuksen akseli taajuudella f j etäisyydellä Z c ortogonaalisen koordinaattijärjestelmän XYZ kiertoakselista Y. Vaihekeskuksen määritelmän mukaan etäisyys Zn pysyy muuttumattomana kaikilla valituilla kiertokulmilla. Antennin 1 alkukulma-asentoa, kuvio 2, joka on sijoitettu tuntemattomaan kulmaan a 0 0Z-akselista, pidetään perusasetuksena, kun taas antennin 1 vaihekeskuksen akseli kulkee pisteen Z 0 läpi tuntemattomilla koordinaatteilla. Suoritetaan mittaus, jonka tulosten perusteella lasketaan DFT:llä vastaanotetun signaalin vaihe Ф 0 (f j). Kun antennia 1 kierretään 0Y-akselin ympäri perusasemaan nähden tunnetulla kulmalla ai, vaihekeskuksen akseli kulkee pisteen Z c1 kautta. Samankaltaisten luotausten ja laskelmien tuloksena vastaanotetun signaalin vaihe Ф 1 löytyy samalla taajuudella, mutta antennin 1 eri asennosta. Näiden vaiheiden eron avulla voimme arvioida signaalin etenemisaikkojen eron:

ΔТ 1 =(Ф 0 -Ф 1)/2πf j.

Kun antenni 1 käännetään tunnettuun kulmaan a 2 perusasennon suhteen, antennin vaihekeskuksen akseli kulkee pisteen Z c2 kautta. Samalla tavalla lasketaan ero signaalin etenemisajoissa vaihekeskiakselin AT 2 kanta- ja nykyisten paikkojen välillä. Kolmen luotauksen tuloksena voidaan koota kahden yhtälön järjestelmä:

AT 1 =Z c (cosa 0 -cos(a 0 - α 1))/C

AT 2 =Z c (cosa 0 -cos (a 0 - a 2))/C,

missä C on valon nopeus.

Tämä järjestelmä sisältää kaksi tuntematonta α 0 ja Z c. ja ne voidaan ratkaista tunnetuilla menetelmillä. Tuloksena saadut arvot α 0 ja Z c ovat antennin 1 vaihekeskuksen akselin napakoordinaatit taajuudelle f j suhteessa sen pyörimisakseliin 0.

Samanlaiset laskelmat suoritetaan kaikille taajuusspektrin taajuuksille fj. Laskelmien tarkkuuden lisäämiseksi testattavan antennin 1 pyörimiskulmien lukumääräksi valitaan suurempi kuin kolme, jolloin yhtälöjärjestelmä muuttuu redundantiksi ja sen ratkaisu voidaan saada esimerkiksi pienimmän neliösumman menetelmällä ( LSM).

Antennin 1 vaihekeskus voi sijaita paitsi XOZ-tasolla, myös etäisyydellä siitä arvolla Y c. Antennin 1 vaihekeskuksen avaruudellisen sijainnin löytämiseksi sen pyörimisakselia muutetaan. 0X-akseli voidaan valita uudeksi akseliksi. Toistamalla edellä kuvatut mittaukset ja laskelmat saadaan vaihekeskuksen toinen akseli. Tarkasteltavana olevassa tapauksessa antennin 1 toinen pyörimisakseli on kohtisuorassa ensimmäiseen nähden. Ihannetapauksessa vaihekeskuksen löydetyt akselit leikkaavat. Lasketaan ilmoitettujen akselien leikkauspiste, jota pidetään antennin 1 vaihekeskuksena. Todellisissa olosuhteissa löydetyt akselit leikkaavat. Tässä tapauksessa antennin 1 vaihekeskipiste löydetään minimoimalla akselien välinen etäisyys esimerkiksi pienimmän neliösumman menetelmällä.

Siten keksinnöllisen menetelmän avulla voidaan nopeasti ja tarkasti määrittää testattavan antennin vaihekeskuksen sijainti kaikilla valituilla taajuuksilla. Saadut vaihekeskipisteiden koordinaatit mahdollistavat monimutkaisten signaalien käytön tutkamittauksissa, huomioiden vaihekeskuksen sijainnin vaihtelut ja siten lisäävät mittausten tarkkuutta kalibroidulla antennilla.

Ehdotetun menetelmän toteuttava laite on esitetty kuvassa 3, jossa:

1 - antenni testattavana;

2 - mittausantenni;

3 - pyörivä tuki;

4 - tietokone;

5 - viivelinja;

6 - luotaussignaalien generaattori;

7 - stroboskooppinen vastaanotin;

8 - analogia-digitaali-muunnin;

9 - manuaalinen viiveen ohjaustulo.

Testattava antenni 1 on mittauskohde, jonka vaihekeskuksen sijaintia ei tunneta. Mittausantenni 2 on tarkoitettu mittauksiin, sen ominaisuuksia ei välttämättä tunneta, koska ne eivät vaikuta tarkkuuteen mittausten suhteellisuudesta johtuen.

Pyörivä tukilaite 3 on suunniteltu kääntämään antennia 1 tunnetuissa kulmissa tietokoneelta 4 tulevien koodiviestien ohjaamana.

Tietokone 4 ohjaa laitteen toimintaa, käsittelee mittaustuloksia ja laskee testattavan 1:n antennin vaihekeskuksen koordinaatit.

Viivelinja 5 on suunniteltu valitsemaan ja kiinnittämään ikkuna koetussignaalien vastaanottoa varten sekä muuttamaan vastaanotettujen signaalinäytteiden paikkaa vastaanottoaikaikkunassa. Viiverivi sisältää karkeaviive- ja hienoviivelohkoja. Ensimmäisen lohkon avulla voit viivyttää UWB-signaalin lähetyshetkeä sen vastaanottohetkeen nähden, ts. määrittää vastaanottoikkunan alun. Se voidaan toteuttaa kellosignaaligeneraattorilla ja digitaalisella laskurilla, jonka muunnoslukua ohjataan tietokoneelta 4. Tarkkuusviiveyksikkö koostuu digitaali-analogiamuuntimesta ja varauksen tallennusdiodista. Tietokoneelta 4 tuleva koodi asettaa diodin kynnyksen, joka muuttaa liipaisusignaalin viivettä.

Probing-signaaligeneraattori 6 generoi UWB-signaaleja.

Stroboskooppinen vastaanotin 7 valitsee yhden näytteen vastaanotetusta signaalista strobosignaalin mukaan.

Analogi-digitaali-muunnin 8 on suunniteltu muuttamaan vastaanotetun signaalin näytteet digitaaliseen muotoon.

Manuaalinen viiveen ohjaustulo 9 on tarkoitettu vastaanottoikkunan valitsemiseen alustavan mittauksen aikana.

Testiantenni 1 ja mittausantenni 2 asennetaan etäalueelle suunnilleen tunnetulle etäisyydelle L. Testiantenni 1 on asennettu pyörivään tukilaitteeseen 3, jossa on kiinteä pyörimisakseli. Oletetaan, että testattava antenni 1 lähettää ja mittausantenni 2 vastaanottaa. Ennen luotausta tietokone 4, lähettämällä ohjauskoodisignaaleja pyörivälle tukilaitteelle 3, asettaa mitatun antennin 1 tarvittavat kiertokulmat ai valitulle alueelle.

UWB-signaalin stroboskooppisessa vastaanotossa lohkon 5 tarkan viiveen arvoa muutetaan. Tämän seurauksena antennin 1 säteilyn hetki siirtyy suhteessa antennin 2 kiinteään vastaanottohetkeen ja stroboskooppinen vastaanotin 7 valitsee. erilainen (ajallisesti) näyte vastaanotetusta signaalista. Tarkkuusviivearvojen alue määrittää vastaanottoikkunan pituuden ja askel määrittää mittauksen tarkkuuden. Muutamalla toistuvasti tarkan viiveen arvoa suoritetaan skaalausaikamuunnos ja saadaan kaikki vastaanotetun UWB-signaalin näytteet, jotka näytetään tietokoneen näytön näytöllä 4.

Luotauksen aikana liipaisusignaali tietokoneelta 4 syötetään viivelinjan 5 kautta UWB-mittaussignaalien generaattoriin 8 sekä kaapelin kautta, jonka pituus on suunnilleen yhtä pitkä kuin antennien L - välinen etäisyys stroboskooppiseen muuntimeen 7 ja analogiseen. -digitaalimuunnin 8. Antennin 1 lähettämä UWB-signaali saapuu antenniin 2 etenemisajan viiveellä antennien 1 ja 2 välisellä etäisyydellä L.

Esimittauksen aikana valitaan ensin karkean viiveen arvo lohkossa 5 ja mahdollisesti edellä mainitun kaapelin pituus, jotta laukaisusignaali saapuu stroboskooppiseen vastaanottimeen 7 välittömästi ennen kuin UWB-signaali saapuu siihen missä tahansa kiertokulmassa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tietokone 4 pyörivän tukilaitteen 3 kautta muutetaan antennin 1 kiertokulmia ja havaitaan vastaanotetun signaalin alun sijainnin muutos vastaanottoikkunassa. tietokoneen näyttö 4. Manuaalisesti tietokoneen 4 tulon 9 kautta muutetaan lohkon 5 karkean viiveen arvoa. Sitten tietokoneen 4 tulon 9 kautta muutetaan hienoviiveen arvoa ja askelta lohkossa 5, jolloin saavutetaan UWB:n täysi vastaanotto. signaali. Kuvattujen toimien seurauksena tallennetaan karkean viiveen arvo (hetki, jolloin vastaanotto alkaa), sekä hienoviiveen askel ja arvo (vastaanottoikkunan tarkkuus ja kesto).

Karkeasti määritettäessä antennin 1 vaihekeskipisteen akselin sijaintia arvioidaan vastaanotettujen signaalien sijainti antennin 1 tunnetuilla kiertokulmilla α i ja edellä kuvattuja algoritmeja käyttäen sen pisteen koordinaatit, jonka läpi akseli kulkee. vaihekeskipisteistä lasketaan tietokoneessa 4.

Kun vaihekeskuksen akseli määritetään tarkasti tietokoneessa 4, lasketaan vastaanotetun signaalin vaihetaajuusspektri ja löydetään niiden pisteiden koordinaatit, joiden kautta vaihekeskipisteiden akselit kulkevat vastaavilla taajuuksilla.

Vaihda antennin 1 pyörimisakselia ja toista mittaukset.

Antennin 1 vaihekeskukset määritetään kullekin taajuudelle erikseen vaihekeskusten vastaavien akselien leikkauspisteiksi.

Siten ehdotettu menetelmä voidaan toteuttaa nykyaikaisella elementtipohjalla, ja sen avulla voit määrittää nopeasti ja tarkasti testattavan antennin vaihekeskipisteiden koordinaatit taajuusspektrille. Kun tiedät nämä koordinaatit, voit lisätä antennimittausten tarkkuutta käyttämällä mitattavaa antennia.

KIRJALLISUUS

1. Drabkin A.L., Zuzenko V.L. Antenni-syöttölaitteet. M.: Sov. radio, 1961, s. 70-71.

2. AS USSR nro 364908.

3. AS USSR nro 1125559.

4. JP-patentti nro 2000321314.

5. AS USSR nro 1702325.

6. Patentti JP 2183172.

7. Antenna Phase Center Calibration, GPS World, toukokuu 2002, julkaisija: Advanstar Communications Inc 859 Willamette Street, Eugene, Oregon 97401-6806, USA.

8. Ryabinin Yu.A. Stroboskooppinen oskillografia. - M.: Sov. radio, 1972.

1. Menetelmä antennin vaihekeskipisteen sijainnin määrittämiseksi, joka käsittää kahden antennin asentamisen siten, että toinen on kaukaisessa vyöhykkeessä suhteessa toiseen, tutkimalla testattavaa antennia, jota varten sitä kierretään antennin akselin ympäri. kierto valituissa kulmissa, ja signaalit lähetetään jokaisessa asennossa vakioominaisuuksilla, vastaanotetaan ne toisella antennilla ja arvioidaan vastaanotettuja signaaleja, testattavan antennin vaihekeskus löytyy sen vaihekeskuksen läpi kulkevien akselien leikkauspisteestä tunnettu siitä, että luotaukseen käytetään ultralaajakaistaisia ​​signaaleja, suoritetaan alustava luotaus, jossa arvioidaan minimikoko ja valitaan vastaanoton aikaikkuna ja sen sijainti säteilyn hetkeen nähden siten, että vastaanotetut signaalit putoavat vastaanottoon -ikkunassa suorittaa pääluotaus, jossa signaalit vastaanotetaan valitussa vastaanottoaikaikkunassa, arvioida signaalien kulkuaikojen erot antennien vaihekeskipisteiden välillä testattavan antennin eri kiertokulmissa ja löytää An akselin suuntainen testattavan antennin vaihekeskuksen läpi kulkevan pyörimisakselin kanssa, johon nähden signaalien etenemisaika antennien vaihekeskipisteiden välillä ei riipu testattavan antennin kiertokulmasta, valitse toinen testattavan antennin pyörimisakseli, toista esi- ja päämittaus ja etsi toinen akseli, joka kulkee testattavan vaihekeskiantennin läpi.

Keksintö liittyy tutka-alaan ja on tarkoitettu sähkömagneettisen kentän (jäljempänä kenttä) amplitudi- ja vaihejakaumien varmentamiseen tutkakohteiden tehollisen sirontapinnan (ESR) mittauslaitteistojen mittausalueella.

Antennimittaukset ultralaajakaistasignaaleilla Keksintö koskee antennimittauksia ultralaajakaistasignaaleilla ja sitä voidaan käyttää antennien kehittämisessä, testaamisessa ja kalibroinnissa.

Infrastruktuuri-GNSS-vastaanotinta "PHASE+" käytetään tukiasemana ja se on suunniteltu määrittämään pisteiden suhteelliset koordinaatit navigointisatelliittien havaintojen avulla, generoimaan differentiaalikorjauksia ja lähettämään ne kuluttajalle. Vastaanotin on kehitetty uusimpien teknologioiden pohjalta ja se on tarkoitettu toimimaan osana verkkoa, mutta sitä voidaan käyttää myös yhtenä referenssiasemana.

Skaalautuva verkko

Joustavan ohjelmistoarkkitehtuurin avulla voit konfiguroida vastaanottimen toimintoja annettujen tehtävien mukaan, kun taas laitteiden konfigurointi voidaan suorittaa suoraan vastaanottimessa ilman kolmannen osapuolen laitteita tai verkkoliittymän kautta. Työskentely kaikilla verkkoon kuuluvilla laitteilla voidaan suorittaa etänä, kun taas laitteiden toiminnan valvonta tapahtuu reaaliajassa komentokeskuksesta. "PHASE+" -käyttöliittymä on intuitiivinen venäjänkielisille käyttäjille, jonka avulla he voivat suorittaa kaikki asennus- ja käyttöönottotyöt mahdollisimman lyhyellä aikavälillä ja hyödyntää laitteen kaikkia ominaisuuksia.

Luotettavuus >99,9 %

Satelliittikonstellaatioiden GLONASS, Galileo ja BeiDou laajentamisen yhteydessä vastaanottokanavien määrä on tärkeä tekijä. 440 kanavan läsnäolo varmistaa, että FAZA+ toimii ilman vaihto- tai päivitystarvetta useiden vuosikymmenten ajan ilman, että käyttäjä tarvitsee mitään. "PHASE+":ssa on sisäänrakennettu 8 Gt:n muisti, joka takaa keskeytymättömän toiminnan 3-6 kuukautta (riippuen tallennettujen tietojen muodosta). Vastaanottimeen voidaan liittää ulkoisia tietovarastoja, joiden kapasiteetti on yli 1 TB. Yhdessä ladattavan akun kanssa, joka on suunniteltu kestämään 15 tuntia keskeytyksettä, luotettava tietoturva on taattu. Päävirtakatkoksen tai tietoliikenneongelman sattuessa vastaanotin jatkaa toimintaansa ja lähettää tietoja automaattisesti heti, kun yhteys palautuu. Lisäksi akut ovat ladattavia sanan täydessä merkityksessä. Itsenäisen toiminnan jälkeen akut keräävät varausta ja hetken kuluttua ne ovat taas käyttövalmiita ilman vaihtoa.

Korkeus on kaksi senttimetriä sekunnissa

"PHASE+" laajentaa merkittävästi RTK-tilassa työskentelyn mahdollisuuksia ja mahdollistaa verkon osana koordinaattien määrittämisen reaaliajassa RMS-tarkkuudella. 8mm suunnitelmassa ja r.s.o. 15 mm korkea. "PHASE+" soveltuu sekä olemassa olevien verkkojen tiivistämiseen, laajentamiseen tai modernisointiin että uusien luomiseen niiden mittakaavasta riippumatta "PHASE+" on teknisesti edistyksellinen, luotettava ja samalla edullinen kotimaiselle ammattilaiselle infrastruktuurin GNSS-vastaanotin. Jos asennat vastaanottimen pysyvästi, esimerkiksi GNSS-referenssiaseman osaksi, saatat joutua suorittamaan asennustöitä. Olemme valmiita tarjoamaan sinulle asennussarja, joka koostuu yleisimmin tarvittavista materiaaleista referenssiasemaa asennettaessa.

Vastaanottimen toiminnallisuus PHASE+

Peruspaketissa FAZA+ GNSS-vastaanotin on varustettu vähimmäistoiminnoilla. Niitä ovat GLONASS-tuki, sisäänrakennettu muisti mittausten tallentamiseen 2 Gt:n kapasiteetilla, mittaustietovirtojen siirto RT27-muodossa. Valinnan helpottamiseksi olemme koonneet kolme päävaihtoehtoa, jotka laajentavat kunkin PHASE+ -vastaanottimen toimintoja: Minimi, Optimaalinen ja Maksimi. Minimi-vaihtoehto sopii, jos projektibudjetti on rajallinen, Maksimi-vaihtoehto sopii käyttäjille, jotka eivät ole tottuneet tekemään kompromisseja, ja Optimum-vaihtoehto on harmoninen valinta suosituimmista toiminnoista. Nämä vaihtoehdot eivät ole kiinteitä: voit milloin tahansa lisätä yhden tai toisen toiminnon vastaanottimeesi. Ja jos vastaanotin on jo käytössä, sinun ei tarvitse poistaa vastaanotinta asennuspaikastaan: toiminnot otetaan käyttöön etänä antamalla erityinen komento verkkohallintaliittymän kautta. Tarjouksemme ei rajoitu näihin kolmeen vaihtoehtoon: voit valita tiettyjä toimintoja tarpeidesi mukaan ja saada sinulle sopivan vastaanotinkokoonpanon. Ota yhteyttä, niin autamme sinua valitsemaan sopivimman vaihtoehdon.

Tekninen informaatio

5. VIRHEIDEN LÄHTEET JA MITTAUSTARKKUUS Kiinnostavien parametrien määrittämisessä on useita mittausvirheiden lähteitä ja virhelähteitä. On tapana jakaa ne laitteiden toiminnasta aiheutuvien virheiden lähteisiin, ulkoisen ympäristön vaikutuksiin liittyviin virhelähteisiin ja lähdetietojen virheiden vaikutuksiin, toisin sanoen tässä tapauksessa satelliitin virheisiin. koordinaatit.

Laitteiston virhelähteet sisältävät tekijöitä, jotka määräävät resoluutio laitteet. Erottelukyvyn mitta on virhe, jolla vastaanotinpari määrittää perusvektorin tietyissä ihanteellisissa olosuhteissa pitkän havaintoistunnon aikana. "Ihanteellisten olosuhteiden" käsitettä on vaikea muotoilla tiukasti. Voimme sanoa, että tällaisissa olosuhteissa jokaisen vastaanottimen ympärillä ei ole esteitä, ja PDOP on lähellä yhtenäisyyttä. "Pitkän istunnon" käsite voidaan myös määritellä vain laadullisella tasolla. Istunnon kesto ja tiedonkeruujakson kesto ovat sellaisia, että lisähavainnot eivät enää lisää tarkkuutta. Tämä on noin 2-3 tuntia ja syklin kesto 15 sekuntia, vaikka siihen ei ole ohjeita. Kokemus osoittaa, että tässä tapauksessa noin kilometrin pituinen perusvektori määritetään 2-3 millimetrin virheellä. Korostetaan vielä kerran, että puhumme sisäisestä, laitteistotarkkuudesta, jonka takaa laitteiden laatu ja ohjelmistojen taso. Analogiaa maanpäällisten laitteiden kanssa voidaan sanoa, että käsite "satelliittivastaanottimien resoluutio" on samanlainen kuin "teodoliitin instrumentaalinen tarkkuus", jonka mittana on laboratoriokulmamittauksen virhe. ehdot.

Aluksi laitteisto määrittää kantavektorin D0, eli vektori, joka yhdistää satelliittivastaanotinantennien vaihekeskukset, katso kuva. 6. Vaihekeskus on piste, tai tarkemmin sanottuna alue, jossa antenni "kerää" kaikkien näkyvien satelliittien signaalit. Jatkamalla analogiaa, voidaan sanoa, että vaihekeskuksen käsite on samanlainen kuin teodoliitin pysty- ja vaaka-akselien leikkauspisteen käsite. Käyttäen käyttäjän syöttämiä tietoja antennin korkeudesta ja tämän antennin tyypistä, ohjelmisto tuo tulokset pisteiden keskipisteisiin eli siirtyy vektorista D0 yhdistämällä antennien vaihekeskukset vektoriin D, joka yhdistää pisteiden keskipisteet.

Riisi. 6. Paikkoihin asennettujen satelliittivastaanottimien antennit
geodeettinen verkko: D0- yhdistää vaihekeskukset; D- yhdistää pisteiden keskipisteet.

Vaihekeskuksen sijainti antennissa ei ole millään tavalla kiinteä, mutta jokaisessa tarkkoihin mittauksiin tarkoitetussa antennissa on kaavio, jossa näkyy keskuksen sijainti suhteessa antennin osiin. Tämä asento määritetään jokaiselle antennille erikseen huolellisen tutkimuksen tuloksena. Ihannetapauksessa vaihekeskuksen tulisi sijaita antennin geometrisella akselilla, todellisuudessa tämä ehto ei välttämättä täyty. Tämän virhelähteen vaikutuksen poistamiseksi tai vähentämiseksi kantavektorien määritystuloksiin kaikki antennit on suunnattu samalla tavalla. Antennissa on nuoli, joka, kun antennia asennetaan johonkin pisteeseen, on suunnattu pohjoiseen. Käytä asennuksessa optista putkijohtoa (erälaite). Antennin korkeuden mittaamiseen käytä mittanauhaa tai erityistä sauvaa. Tämä koko toimenpide on samanlainen kuin käytettäessä maassa olevia laitteita: etäisyysmittareita, teodoliitteja, takeometrejä. Tämän toimenpiteen luotettavuutta ja perusteellisuutta ei voida hallita ohjelmistolla. Siksi antennin keskittämiseen ja vaakasuoraan, sen korkeuden mittaamiseen ja korkeusarvon syöttämiseen vastaanottimen muistiin kiinnitetään erityistä huomiota: ne valvovat kaikkea mahdollista, tekevät toistuvia korkeusmittauksia ja tekevät lisämerkintöjä kenttäpäiväkirjaan. Yleensä tämän virhelähteen vaikutus on 2-3 millimetriä. Yleisesti ottaen käyttäjät työskentelevät mieluummin paikoissa, joissa antennin pakotettu keskitys on käytössä.

Toinen virhelähde liittyy antenniin: monitie tai moniraitainen(multipass) signaali. Vaikka satelliittisignaali kuuluu ultrakorkealle taajuusalueelle, sen aallot heijastuvat joiltakin ei liian karkeilta pinnoilta. Kantoaaltovärähtelyjen aallonpituus on noin 0,2 metriä, joten mikä tahansa pinta, jonka karheusmitat ovat tätä arvoa pienemmät, toimii peilinä tälle aallolle. Radioaallot heijastuvat maan tasaisesta pinnasta ja antennin lähellä sijaitsevan esteen pinnalta, esimerkiksi rakennuksen seinästä. Heijastunut signaali saavuttaa antennin samalla tavalla kuin signaali, joka tulee suoraan satelliitista. Heijastetun signaalin kulkeman polun pituus on suurempi kuin tarkkailijaa kiinnostavan suoran signaalin polun pituus. Suora signaali, joka on vuorovaikutuksessa heijastuneen signaalin kanssa, on vääristynyt ja tämä vaikuttaa mittausten tarkkuuteen. Maanpäällisessä radiogeodesiassa tämä ilmiö tunnetaan, sillä se vaikuttaa radioaaltojen heijastuksen tuloksiin alla olevasta pinnasta ja ympäröivistä kohteista. Maasta heijastuneiden radioaaltojen "leikkaamiseen" käytetään maatasoa. Tämä on metallilevy, jonka halkaisija on noin 0,5 metriä, joka näkyy kuvassa 6 nuolella, joka tulee suunnata pohjoiseen. Maatasolla varustettu antenni on tilaa vievä ja vaikea käyttää havainnointitiloissa, kun laite on päällä liikkeen aikana. Näitä antenneja käytetään kuitenkin tarkimpien tulosten saamiseksi. Groundplain ei tietenkään katkaise läheisestä esteestä heijastuvaa signaalia. Este ei ainoastaan ​​huononna havaintojen geometriaa peittäen osan taivaasta, vaan luo myös edellytykset useille poluille. Siksi heillä on tapana sijoittaa pisteitä avoimiin paikkoihin. Tämä ei aina onnistu. Esimerkiksi tapahtuu, että on tarpeen määrittää piste, joka sijaitsee lähellä rakennusta. Ainoa toimenpide, samoin kuin keino lisätä moniselitteisyyden onnistuneen ratkaisemisen todennäköisyyttä, on pidentää havaintoistunnon kestoa. Tosiasia on, että monipolun vaikutus ajan myötä on luonteeltaan syklistä ja riittävän pitkällä istunnolla se keskimäärin eliminoituu tai heikkenee. Erityisen epäsuotuisissa olosuhteissa joudut viipymään pisteessä 5-6 tuntia ja sitten ponnistelemaan paljon jälkikäsittelyvaiheessa.

Ulkoisen ympäristön eli ilmakehän vaikutusta on käsitelty riittävän yksityiskohtaisesti luvussa 5. Ilmakehän vaikutuksen huomioiminen koostuu signaalin viiveen määrittämisestä ionosfäärissä, stratosfäärissä ja troposfäärissä. Jos vastaanottimien asennuspisteiden välinen etäisyys on pieni ja kymmenien kilometrien luokkaa, satelliitin signaali kulkee vastaanottimiin läheisiä reittejä pitkin ja kokee näillä reiteillä suunnilleen samat viiveet. Uskotaan, että ilmakehän signaaliviiveiden huomioon ottaminen tällaisissa tukikohdissa ei aiheuta erityisiä ongelmia, vaikka tätä asiaa ei olekaan tutkittu tarpeeksi. Tämän virhelähteen vaikutuksen voidaan katsoa olevan senttimetrin alueella.

Virheet satelliitin koordinaateissa lähtöpisteenä sisältyvät suoraan vastaanottimen koordinaattien virheisiin. Siksi, jos efemeridin tarkkuus on sellainen, että satelliitin geosentriset koordinaatit saadaan 10 metrin virheellä, vastaanottimen navigointi (absoluuttisia) koordinaatteja ei voida saada pienemmällä virheellä. Tilanne on toinen määritettäessä eroja pisteiden koordinaateissa, joiden välinen etäisyys on paljon pienempi kuin etäisyys satelliitista. Tämä virhelähde vaikuttaa pisteiden koordinaattien eroihin paljon vähemmän kuin itse pisteiden koordinaatit. Virhe mD kantavektorin määrittäminen on niin monta kertaa pienempi kuin virhe mD satelliittikoordinaatit, kuinka monta kertaa pituus D pohja on pienempi kuin korkeus N satelliitin kiertoradalla maan pinnan yläpuolella. Muistakaamme, että tämä korkeus on 20 tuhatta kilometriä. Kaavan muodossa: mD/D = mk/H. Esimerkiksi 20 kilometrin pituisessa tukikohdassa on virhe mD tämän kannan vektorin määrittäminen on noin tuhannesosa satelliittikoordinaattien virheestä. klo mk= 10 m mD tulee olemaan yksi senttimetri. Jos käyttäjä ei ole tyytyväinen tällaiseen tarkkuuteen, hänen on käytettävä tarkkoja efemeridejä lähetysten sijaan.

Sitä, että pisteiden koordinaattien erot saadaan paljon tarkemmin kuin itse pisteiden koordinaatit, hyödynnetään geodesian lisäksi myös navigoinnissa, kun laitteisto määrittää koodin pseudoetäisyydet ja kiinnostus kohdistuu pääasiassa suunniteltuun. rahdinkuljettajan, useimmiten laivan, koordinaatit. Erotusasema asennetaan purjehduskelpoisen lahden rantaan tai sataman lähelle. Tämä on piste, jolla on tunnetut kiinteät koordinaatit. Siihen on asennettu jatkuvasti P-koodilla toimiva satelliittivastaanotin. Siellä on myös lähettimiä, jotka lähettävät differentiaalikorjauksia, joista puhumme hieman myöhemmin. Toiminnan jatkuvuuden takaavat laitteet, mukaan lukien pää- ja varavirtalähteet. Toiminnan jatkuvuus on tärkeää, koska kapealla alueella olevan aluksen navigoinnin tai muiden alusten virtauksen häiriö voi johtaa katastrofaalisiin seurauksiin.

Differentiaaliasemalla tämän aseman koordinaatit lasketaan jatkuvasti satelliittihavaintojen perusteella. Ne eroavat kiinteistä asemakoordinaateista mittausvirheiden, ulkoisen ympäristön vaikutuksen ja satelliittien efemeridivirheiden vuoksi. Seuraava askel on laskea erot differentiaaliaseman jatkuvasti saatujen ja kiinteiden koordinaattien välillä. Näistä eroista lasketaan erot käytännössä mitattujen ja "kovien" pseudoetäisyyksien välillä. Koordinaattieroja ja pseudo-alueiden eroja kutsutaan differentiaalikorjauksiksi. Ne lähetetään televisiossa. Asianmukaisilla vastaanottolaitteilla varustettu käyttäjälaite pystyy vastaanottamaan nämä korjaukset.

Useiden kymmenien kilometrien etäisyydellä oleva käyttäjä määrittää myös jatkuvasti tai jonkin verran diskreettiä ”satelliitti”-koordinaatit. Koordinaatit ja näennäisetäisyydet vääristyvät samoilla virheillä kuin differentiaaliasemalla. Siksi differentiaalikorjausten käyttöönotto suoraan navigoinnin aikana mahdollistaa virheen pienentämisen liikkuvan kantajan sijainnin määrittämisessä useiden kymmenien metrien tasolta useiden desimetrien tasolle. Tätä toimintatapaa kutsutaan ero.