Application of distributed antenna systems for determination of radiation source coordinates with use of phase method in Fresnel zone

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorAvdeyenko, Gleb L.
dc.contributor.authorYakornov, Yevheniy A.
dc.date.accessioned2020-11-18T09:37:32Z
dc.date.available2020-11-18T09:37:32Z
dc.date.issued2017
dc.description.abstractenBackground. Talking about evolution of passive radar systems and multifunction antenna systems, it is necessary to acknowledge that distributed antenna systems (DAS) are supposed to be widely spread in the very near future in many areas of human activity, such as organization of high-quality mobile communication in large offices, shopping centers, fitness buildings and so on. Structurally, DAS consist of different groups of antennas and base stations with active and passive repeaters of radio signals. Generally, mutual location of such antennas and base stations can be chosen experimentally according to the criterion of service area maximization. For the further quality of service improvement, it is necessary to use smart antennas in DAS as basic structure elements. The use of smart antennas will allow tracking the subscriber`s (or SOR – source of radiation) location by means of direction-finding (DF) and to increase radiation power of radio signal towards SOR thus decreasing interference to other subscribers. It is important to note that amplitude methods of DF are unacceptable in this case because base stations have antenna beam patterns which are rather wide. Use of phase methods for direction finding is actual but constrained because of electromagnetic waves (EMW) multipath propagation and large DF errors caused by the following reason – it happens that SOR is located in Fresnel zone of direction-finder antenna system. So, consideration of the phenomenon of EMW front curvature in DAS is very important in order to construct direction-finders. Objective. Consideration of EMW phase front sphericity (curvature) and its influence on the accuracy of SOR coordinates determination measured by DAS phase methods. Scheme technical decisions of phase direction-finders (PDF) based on this process are also represented. Methods. To study the effect of the EMW phase front curvature on the accuracy of determining the coordinates of the SOR analytical dependencies are synthesized. Calculations of the direction characteristics, errors in determining the phase shifts between the antenna elements of the phase direction-finder, as well as the error in determining the distance to SOR in the Fresnel zone as a function of the range to SOR and its bearing were made based on MathCad 14 program. Results. During the process of SOR angular coordinates determination in Fresnel zone with use of EMW phase front curvature on the basis of planar antenna array, it is necessary to execute consistently two operations: 1) to define the fact of presence of EMW phase front curvature; 2) to switch PDF from the mode of bearing and tilt angles estimation (when it is in plane phase front) to the mode of bearing and tilt angles estimation (and also distance to SOR if needed) with phase front curvature of EMW. Taking into account the analysis relating to errors of bearing angle measurements in Fresnel zone (depending on the location of rough, but exact bases, for three-element sparse LAA) it is possible to conclude that their position doesn’t impact on exactness of bearing angle measuring in PDF. But to support more exact determination of SOR distance they must be placed in the center of exact, but ambiguous bases of PDF. Conclusions. Failure to take into account EMW phase front curvature from SOR harmonic signal leads to errors of SOR coordinate calculation under conditions of its location in Fresnel zone and absence of other SORs. Knowledge of distance to SOR can be used in passive radar systems, in radio monitoring systems of radio interference sources which have bearing angles equal with useful SOR ones, but located on different distances from useful SOR. This knowledge can also be used in mobile communication networks to strengthen signal level on certain distance with EMW energy focusing, in vehicle control systems on the basis of the satellite navigation systems etc.uk
dc.description.abstractruПроблематика. В настоящее время в средствах пассивной радиолокации, многофункциональных антеннах и при организации качественной мобильной радиосвязи в больших офисных помещениях, торговых центрах и спортивных сооружениях широкое распространение получают распределенные антенные системы (РАС), представляющие собой совокупность антенн и базовых станций с активными и пассивными ретрансляторами радиосигналов, взаимное расположение которых, как правило, подбирается экспериментально по критерию максимизации площади зоны обслуживания. Для дальнейшего улучшения качества услуг, в системах с РАС необходимо использоватьSMART-антенны, отслеживающие путем пеленгации местоположение абонента и увеличивающие в случае необходимости мощность излучения радиосигнала в направлении на него, тем самым минимизируя уровень помех в направлении на других абонентов. Амплитудные методы пеленгации в данном случае неприемлемы из-за относительно широких характеристик направленности антенн базовых станций, но актуально использование фазовых методов пеленгации, развитие которых сдерживается многолучевостью распространения электромагнитных волн (ЭМВ) и больших ошибок пеленгования из-за возможного нахождения абонента (далее ИРИ – источника радиоизлучения) в зоне Френеля антенной системы пеленгатора, в которой имеет место отклонение фазового фронта ЭМВ от плоского (кривизна). Цель исследований. Рассмотрение влияния сферичности (кривизны) фазового фронта ЭМВ ИРИ на точностные характеристики определения координат (дальность, пеленг) ИРИ фазовыми методами пеленгации на основе РАС и вытекающих из этого вариантов схемно-технических решений фазовых пеленгаторов по кризизне фронта ЭМВ. Методика реализации. Для исследования влияния кривизны фазового фронта на точность определения координат ИРИ на основании синтезированных аналитических зависимостей с использованием программы MathCad 14 были проведены расчеты пеленгационных характеристик, ошибки определения фазовых сдвигов между антенными элементами фазового радиопеленгатора, а также ошибки определения дальности до ИРИ в зоне Френеля как функции дальности до ИРИ и его пеленга. Результаты исследований. При определении угловых координат ИРИ в зоне Френеля по кривизне фазового фронта ЭМВ на основе фазового пеленгатора с РАС, необходимо последовательно выполнить 2 операции: 1) определить факт наличия кривизны фронта ЭМВ от ИРИ; 2) перевести фазовый пеленгатор из режима оценки пеленга и угла места для плоского фазового фронта в случае необходимости в режим оценки пеленга, угла места, а также дальности до ИРИ по кривизне фронта ЭМВ. Анализ ошибок измерения пеленга, а также дальности до ИРИ в зоне Френеля в зависимости от места расположения грубых, но точных измерительных баз для 3-х элементной РАС фазового пеленгатора показывает, что оно практически не влияет на точность измерения пеленга ИРИ, но при измерении дальности до ИРИ эти базы необходимо размещать в середине точных, но неоднозначных измерительных баз. Выводы. Неучёт кривизны фронта ЭМВ ИРИ гармонического сигнала ведёт к ошибке вычисления координат ИРИ при условии его нахождения в зоне Френеля и отсутствии других источников ИРИ. Знание дальности до ИРИ можно использовать в пассивной радиолокации, системах мониторинга источников радиопомех, находящихся на одном пеленге с полезным ИРИ, но на разных дальностях, в системах мобильной связи для усиления уровня сигнала на определенной дальности путем фокусировки на этой дальности энергии ЭМВ, в системах диспетчеризации подвижного транспорта на основе спутниковых радионавигационных систем.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Насьогодні в засобах пасивної радіолокації, багатофункціональних антенах і при організації якісного мобільного радіозв'язку у великих офісних приміщеннях, торгових центрах і спортивних спорудженнях широке поширення одержують розподілені антенні системи (РАС), що представляють собою сукупність антен і базових станцій з активними й пасивними ретрансляторами радіосигналів, взаємне розташування яких, як правило, підбирається експериментально за критерієм максимізації площі зони обслуговування. Для подальшого поліпшення якості послуг, у системах з РАС необхідно використовувати Smart-Антени, що відслідковують шляхом пеленгації місце розташування абонента, та збільшують при необхідності потужність випромінювання радіосигналу в напрямку на нього, тим самим мінімізуючи рівень завад у напрямку на інших абонентів. Амплітудні методи пеленгації в цьому випадку неприйнятні через відносно широкі характеристики спрямованості антен базових станцій, але актуальним стає використання фазових методів пеленгації, розвиток яких стримується багатопроменевістю поширення електромагнітних хвиль (ЕМХ) і великих помилок пеленгування через можливе знаходження абонента (далі ДРВ – джерела радіовипромінювання) у зоні Френеля антенної системи пеленгатора, в якій має місце відхилення фазового фронту ЕМХ від плоского (кривизна). Мета досліджень. Розгляд впливу сферичності (кривизни) фазового фронту ЕМХ ДРВ на точність визначення координат (дальність, пеленг тощо) ДРВ фазовими методами пеленгації на основі РАС, а також варіантів схемно-технічних рішень для побудови фазових пеленгаторів по кривизні фазового фронту. Методика реалізації. Для дослідження впливу кривизни фазового фронту на точність визначення координат ДРВ на підставі синтезованих аналітичних залежностей з використанням програми Mathcad 14 були проведені розрахунки пеленгаційних характеристик, помилки визначення фазових зсувів між антенними елементами фазового радіопеленгатора, а також помилки визначення дальності до ДРВ в зоні Френеля як функції дальності до ДРВ і його пеленга. Результати досліджень. При визначенні кутових координат ДРВ в зоні Френеля по кривизні фазового фронту ЕМХ на основі фазового пеленгатора з РАС, необхідно послідовно виконати 2 операції: 1) визначити факт наявності кривизни фронту ЕМХ від ДРВ; 2) переключити фазовий пеленгатор з режиму оцінки пеленга й кута місця для плоского фазового фронту, за необхідності в режим оцінки пеленга, кута місця, а також дальності до ДРВ по кривизні фронту ЕМХ. Аналіз помилок виміру пеленга, а також дальності до ДРВ в зоні Френеля залежно від місця розташування грубих, але точних вимірювальних баз для 3-х елементної РАС фазового пеленгатора позує, що воно практично не впливає на точність виміру пеленга ДРВ, але при вимірі дальності до ДРВ ці бази необхідно розміщувати в середині точних, але неоднозначних вимірювальних баз. Висновки. Неврахування кривизни фронту ЕМХ ДРВ гармонійного сигналу призводить до помилки обчислення координат ДРВ за умови його знаходження в зоні Френеля й відсутності інших джерел ДРВ. Знання дальності до ДРВ можна використовувати в пасивній радіолокації, системах моніторингу джерел радіозавад, що перебувають на одному пеленгу з корисним ДРІ, але на різних дальностях, у системах мобільного зв'язку для підсилення рівня сигналу на певній дальності шляхом фокусування на цій дальності енергії ЕМХ, у системах диспетчеризації рухливого транспорту на основі супутникових радіонавігаційних систем.uk
dc.format.pagerangePp. 37-50uk
dc.identifier.citationAvdeyenko, G. L. Application of distributed antenna systems for determination of radiation source coordinates with use of phase method in Fresnel zone / Gleb L. Avdeyenko, Yevheniy A. Yakornov // Information and telecommunication sciences : international research journal. – 2017. – Vol. 8, N. 1(14). – Pp. 37–50. – Bibliogr.: 17 ref.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2411-2976.12017.37-50
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/37460
dc.language.isoenuk
dc.publisherNational Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”uk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.sourceInformation and telecommunication sciences : international research journal, 2017, Vol. 8, N. 1(14)uk
dc.subjectsource of radiationuk
dc.subjectphase direction-finderuk
dc.subjectcurvatureuk
dc.subjectphase frontuk
dc.subjectantenna arrayuk
dc.subjectbearing angleuk
dc.subjectdistanceuk
dc.subjectджерело радіовипромінюванняuk
dc.subjectфазовий радіопеленгаторuk
dc.subjectкривизнаuk
dc.subjectфазовий фронтuk
dc.subjectантенна решіткаuk
dc.subjectпеленгuk
dc.subjectдальністьuk
dc.subjectисточник радиоизлученияuk
dc.subjectфазовый радиопеленгатор;uk
dc.subjectфазовый фронтuk
dc.subjectантенная решеткаuk
dc.subjectдальностьuk
dc.subject.udc621.391uk
dc.titleApplication of distributed antenna systems for determination of radiation source coordinates with use of phase method in Fresnel zoneuk
dc.title.alternativeВикористання розподілених антенних систем для визначення в зоні Френеля координат джерела радіовипромінювання фазовим методомuk
dc.title.alternativeИспользование распределенных антенных систем для определения в зоне Френеля координат источника радиоизлучения фазовым методомuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
ITS2017_8-1_p37-50.pdf
Розмір:
807.97 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Information and telecommunication sciences: international research journal, Vol. 8, N. 1(14)