XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В статье рассмотрены соотношения, позволяющие рассчитать уровень переходных искажений между двумя частотными каналами на выходе антенны с вращаемой поляризационной характеристикой, показано, каким образом следует включить в спектр передаваемого колебания пилотный сигнал, позволяющий ориентировать приемную антенну в направлении, обеспечивающем минимальные переходные искажения. Ориентация антенны базовой станции позволяет найти пеленг абонента, а использование обученной нейронной сети – его идентификацию.

Впервые использование поляризационной модуляции упоминается в [1]. Практические разработки в этом направлении ведутся по настоящее время, в основном, в направлении развития многопозиционных систем и совершенствования приемных антенн [2].

Представляет большой интерес реализация сети локальной радиосвязи (WI-FI) с использованием круговой поляризации, использующей для передачи двоичных символов колебания с противоположными направлениями вращения электрического вектора Е. Осуществление такой передачи возможно, как при использовании спиральных антенн противоположного хода, так и с помощью электрически переключаемых вибраторов, образующих в идеале триангулярную систему. В случае мобильного абонента можно обойтись парой перпендикулярных вибраторов, что дает возможность построить систему локации абонентов, определяя их положение в известном локальном пространстве функционирования сети.

Рассмотрим процесс возникновения переходных искажений между каналами «1» и «0» в случае круговой и эллиптической поляризации принимаемых волн. Заметим, что эллиптическая поляризация может образоваться как из-за многолучевости, так и из-за ориентации приемной антенной системы.

Модель системы приема на вращающуюся антенну двух волн с противоположными вращениями вектора Е может быть построена с использованием системы пересчета координат при повороте плоскости на произвольный угол [6]. Выражение для напряжения на выходе вращающейся антенны (вращение может быть, как механическим, так и электронным, путем периодического переключения нескольких вибраторов), приведено ниже.

Здесь - угол между плоскостями падения волны и антенной системы приемника, - угловая частота вращения антенны; и - большая и малая полуоси эллипса вращения антенной системы, если они равны – антенная система вращается по кругу. Здесь следует отметить, что вращение антенны по эллипсу осуществляется путем кругового вращения и синхронной электронной регулировкой коэффициента усиления антенны. , и большая и малая полуоси эллипсов поляризации волны с правым (+) и левым (-) вращением вектора Е; - угловая частота модуляции сигнала (при использовании угловой модуляции); - угловая частота несущего колебания волны.

При гармонической модуляции сигнала по частоте или фазе, спектры поляризационно-ортогональных сигналов, принятых на вращающуюся (также по кругу) антенну, перемещаются, в соответствии со стробоскопическим эффектом на частоты (рис.2).

Если же в процессе передачи из-за свойств среды распространения происходит изменение поляризации с круговой на эллиптическую, то энергия волны переносится не только на разностную, но частично на суммарную частоту (для волны с противоположным вращением вектора Е) и на частоты гармоник и комбинационные частоты.

Рис.1. График спектр сигнала на входе антенны передатчика а),

спектр сигнала на выходе антенны приемника б)

Если поляризация одной из волн круговая, а другой эллиптическая, то при круговой поляризации антенны перенос спектров на нижнюю и верхнюю частоты происходит, но возникают переходные помехи. Представляет практический интерес эффект несимметричности такого перехода: от волны с поляризацией такой же, как у антенны, переходной помехи на волну с другой поляризацией нет. А от второй (эллиптической) есть (рис.2)

Рис. 2. График спектр сигнала на выходе вращающейся антенны - а),

поляризация волн - б), поляризация антенны - в)

Реализация такого способа селекции волн предполагает настройку приемной антенны по углу между плоскостями падения волны и вращения антенны, что графически можно представить, как совпадение в определенной плоскости двух круговых поляризаций: антенны и одной из волн (рис.3).

Рис. 3. График совпадение поляризаций антенны и одной из волн в определенной плоскости

Получить сигнал ошибки, по которому можно произвести подстройку положения антенной системы (совмещение окружностей поляризации – рис.3), как это видно из рисунка 2, невозможно ввиду совмещения спектров волн с левым и правым направлением вращения электрического вектора. В системах, когда каждая из них несет свою информационную нагрузку и принимается отдельно, в одну из них можно добавить пилотный узкополосный сигнал, уровень нелинейного продукта которого, возникающего из-за вращения приемной антенны, можно минимизировать изменяя параметры расположения в пространстве антенны в трех измерениях.

Математическая модель системы с пилотным гармоническим сигналом имеет вид:

Здесь - амплитуда пилотного гармонического колебания, - его частота, и - большая и малая полуоси эллипса поляризации пилотного волнового колебания. Важно, чтобы величины полуосей пилотного сигнала с точностью до постоянного множителя соответствовали полуосям одной из волн, относительно которой минимизируется величина невязки (амплитуда нелинейного продукта преобразования пилот-сигнала).

На рисунке 4. Показаны спектры преобразованных вращающейся антенной волн при неоптимальном положении поляризационных эллипсов волны (4а) и оптимальном (4б). Как видно, измеряя в узкой полосе мощность нелинейного продукта преобразования пилот-сигнала, можно подобрать оптимальное положение антенны и минимизировать взаимное влияние волн, обеспечивая тем самым эффективную частотную фильтрацию поляризационно-ортогональных сигналов.

Выигрыш от применения пилот-сигнала заключается в том, что благодаря частотному разнесению можно измерять уровень продуктов нелинейного преобразования в приемной антенне и принимать соответствующие меры для его минимизации.

а)

б)

Рис. 4. График спектры преобразованных вращающейся антенной волн при неоптимальном положении поляризационных эллипсов волны (4а) и оптимальном (4б).

Минимизируя переходные искажения путем электрического смещения плоскости приема сигнала на базовой станции, определяется направление на источник излучения (абонента), что при известной конфигурации обслуживаемого пространства позволяет с достаточной точностью указать расположение этого источника. Для определения координат этой точки излучения по структуре обслуживаемого пространства целесообразно использовать классификацию полученных данных с помощью обученной нейронной сети.

Список литературы

1. Камнев Е.Ф., Петрович Н.Т. Вопросы космической радиосвязи. М., «Сов. Радио», 1965.

2. Пустовойтов Евгений Леонтьевич (RU) Способ многополяризационного уплотнения радиочастотного спектра в радиосистеме. : Авторское свидетельство //2609595

3. Шнейдер В. Е. и др. Краткий курс высшей математики. Учеб. пособие для втузов. М., «Высш. школа», 1972. 640 с.

4. Чернов Ю.А. Эллиптическая поляризация волн на КВ трассах.-М: Труды ННИР, 2002.

5. Сивоконь В.П. Поляризация коротких волн в ионосферном канале связи. ISSN 0013-5771, «Электросвязь», №7, 2007.

6. Аджемов С.С., Репинский В.Н. Радиотехника и электроника. 2019.Т.64, №5, С.455-461

7. Аджемов С.С., Репинский В.Н. T-comm/ Телекоммуникации и транспорт. 2018, Т.12, №1, С.4-8..

8. Bykov, A.D., Voronov, V.I., Voronova, L.I.Machine Learning Methods Applying for Hydraulic System States Classification, Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, SOSG 2019.

9. Usachev, V.A., Voronova, L.I., Voronov, V.I., Zharov, I.A., Strelnikov, V.G., Neural Network Using to Analyze the Results of Environmental Monitoring of Water, 2019 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, SOSG 2019.

Код для цитирования: Скопировать