Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Поддержание зоны покрытия спутниковой многолучевой гибридной зеркальной антенны при контроле текущего профиля рефлектора по сигналам наземного маяка

Авторы

А.В. Дардымов, Ю.И. Чони, А.Г. Романов, И.Ю. Данилов

Организация

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева – КАИ
г. Казань, Российская Федерация

Аннотация

Цель работы – исследование возможностей как контроля профиля рефлектора, так и стабилизации лучей спутниковой многолучевой гибридной зеркальной антенны электронными средствами. В статье предлагается способ реконструкции текущего состояния рефлектора по принимаемым сигналам и стабилизации лучей за счет управления весовыми коэффициентами облучателей антенной решетки. Научная новизна и практическая ценность работы состоят в альтернативе оптико-механическим системам коррекции профиля рефлектора, требующим дополнительного оборудования, в то время как в предлагаемом способе состояние рефлектора контролируется по сигналам от наземной базовой станции и лучи стабилизируются электронными средствами. Искаженный рефлектор аппроксимируется параболоидом наилучшего соответствия, при оптимизации параметров которого используется скалярный вариант физической оптики. Верификация результатов осуществлялась их сопоставлением со строгим решением в среде CST. В результате работы выявлены факторы, усложняющие задачу реконструкции поверхности рефлектора, анализируются сходимость и точность решений, получаемых в ходе итерационных процедур градиентного спуска. Оценивается эффективность поддержания рабочей зоны при электронной стабилизации лучей за счет адаптации весовых коэффициентов возбуждения кластеров антенной решетки по рассчитанному параболоиду наилучшего соответствия. Результаты расчетов подтверждают работоспособность обсуждаемого способа стабилизации лучей при умеренных искажениях рефлектора. Его эффективность проявляется в увеличении коэффициента усиления для локальных зон обслуживания вплоть до 10 дБ.

Ключевые слова

многолучевая зеркальная антенна, деформация рефлектора, кластер, дофокусировка лучей, параболоид наилучшего соответствия

Список литературы

[1] Шендалёв Д. О. Проектирование формообразующей структуры зонтичного рефлектора // Вестник СибГАУ, 2013. № 6 (52). С. 164–173.

[2] Черретт А. Р., Акоста Р. Дж., Лам П. Т., Ли Шунг-Ву. Компенсация искажений профиля зеркальной антенны с помощью антенной решетки-облучателя // IEEE Transaction of antennas and propagation, 1989. Т. 37. № 8. С. 966–978, DOI: 10.1109/8.34132

[3] Субрахманян Р. Фотограмметрические измерения гравитационных деформаций антенны Кассегрена // IEEE Trans. Antenn. Propag, 2005. Т. 53. № 8. С. 2590–2596.

[4] Калабегашвили Г. И., Бикеев Е. В., Матыленко М. Г. Выбор устройства для орбитальной юстировки рефлектора крупногабаритной трансформируемой антенны // Решетневские чтения, 2018, Т. 1. С. 121–122.

[5] Шейд Р. Е. Высокоточное позиционирование DSN-антенн с помощью оптических датчиков // TDA Progress Report, TDA PR 42–97, 1989. С. 127–140.

[6] Боржа Г., Хосе А., Кэри Р., Антонио Дж. Новый, основанный на физической оптике, подход к корректировке профиля вспомогательного зеркала для адаптации к искажениям основного зеркала // IEEE Trans. Anten. Propag, 2013. Т. 61. С. 467–472.

[7] Имбриале В. А. Способы компенсации искажений крупногабаритных зеркальных антенн // IEEE Aerospace Conference Proceedings, 2001. Т. 2. С. 799–805, DOI: 10.1109/AERO.2001.931261

[8] Бикеев Е. В., Якимов Е. Н., Матыленко М. Г., Титов Г. П. Способ компенсации деформаций конструкции крупногабаритной антенны космического аппарата // Вестник СибГАУ, 2016. Т. 17. № 3. С. 673–683.

[9] Гряник М. В., Ломан В. И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: Радио и связь, 1987.

[10] Ванг Ч. и др. Активная компенсация искажений поверхности крупногабаритных антенн радиотелескопа // HIJ Ant. and Propag, 2018. С. 1–17.

[11] Ванг П., Ванг Ф., Ши Т., Ванг Б. Компенсация термических искажений высокоточных зонтичных антенн // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 916, 2017. С. 1–8. DOI:10.1088/1742-6596/916/1/012051

[12] Тайгин В. Б., Лопатин А. В. Метод обеспечения высокой точности формы рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов // Космические аппараты и технологии, 2019. Т. 3. № 4. С. 200–208. DOI 10.26732/2618-7957-2019-4-200-208

[13] Калабегишвили Г. И., Бикеев Е. В., Матыленко М. Г. Поиск минимального количества точек отражающей поверхности рефлектора, необходимого для оценки отклонения диаграммы направленности крупногабаритных трансформируемых антенн // Сибирский журнал науки и технологий, 2018. Т. 19. № 1. С. 66–75.

[14] Ванг Ц. С., Дуан Б., Кью Йи. Об анализе искаженной поверхности и мультидисциплинарной структурной оптимизации больших зеркальных антенн // Structural and Multidisciplinary Optimization, 2007. № 33(6). С. 519–528. DOI 10.1007/s00158-006-0062-6

[15] Даи М., Ньюман Т. С., Као К. Вписывание параболоидов методом наименьших квадратов // Pattern recognition, 2007. Т. 40. № 2. С. 504–515

[16] Голдобин Н. Н. Методика оценки формы радиоотражающей поверхности крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического аппарата // Вестник СибГАУ, 2013. № 1(47). С. 106–111

[17] Ли Ж., Жуо Х., Ванг Дж., Леи Йа. Метод аппроксимации параболического рефлектора // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 397, 2018. DOI: 10.1088/1757-899X/397/1/012047

[18] Барзилай Дж., Борвейн Дж. Градиентные методы с двухточечным шагом // IMA Journal of numerical analysis, 1988. Т. 8. № 1. С. 141–148.

[19] Голдобин Н. Н. Оценка точности наведения рефлектора на основании информации об отклонениях концов его силовых спиц // Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов // Решетневские чтения, 2016. С. 102–104.

[20] Данилов И. Ю., Мочалов В. В., Романов А. Г., Чони Ю. И. Дофокусировка многолучевой гибридно-зеркальной антенны в условиях эксплуатационных нагрузок // Наукоемкие технологии, 2017. Т. 18. № . 12. С. 85–90.

[21] Акоста Р. Дж., Заман А. Дж., Терри Дж. Д. Системный обзор на электронную компенсацию искажений зеркальных антенн // IEEE AP-S International Symposium, Ann Arbor, Michigan, 1993. DOI: 10.1109/APS.1993.385355

[22] Шипилов С. Э., Якубов В. П., Пономарев С. В. Радиоволновое картографирование деформаций профиля параболического рефлектора // Известия высших учебных заведений, 2012. Т. 55, № 9/2. С. 274–275.

[23] Мочалов В. В. Аттестация алгоритма акустического приближения // Успехи современной радиоэлектроники, 2019. № 12. С. 124–128.

[24] Ксианпинг Т. и др. Аппроксимация и оценка погрешностей для параболоида вращения в произвольном положении с помощью геометрического итеративного алгоритма оптимизации // Meas. Sci. Technol, 2019. Т. 30. DOI 10.1088/1361-6501/ab2186

[25] Чони Ю. И. Метод сопряженного оператора и его аспекты в отношении синтеза антенн // IX Int. Conf. on Antenna Theory and Techniques (ICATT), 2013. С. 86–91. DOI: org/10.1109/ICATT.2013.6650690.J.

[26] Нестеров Ю. Вводные лекции по выпуклой оптимизации: базовый курс // Springer, 2004. ISBN 1–4020–7553–7

[27] Чони Ю. И., Морозов Г. А. Оптимизация решений задач синтеза антенн с учетом случайных погрешностей реализации // Труды КАИ, Казань, 1974. Вып. 164. С. 108–111.

Цитирование данной статьи

Дардымов А.В., Чони Ю.И., Романов А.Г., Данилов И.Ю. Поддержание зоны покрытия спутниковой многолучевой гибридной зеркальной антенны при контроле текущего профиля рефлектора по сигналам наземного маяка // Космические аппараты и технологии. 2024. Т. 8. № 3. С. 185-196.

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.