Совершенствование формы плоских антенных решеток для повышения точности радиолокации со сверхразрешением

Перспективным способом увеличения пропускной способности и помехозащищенности современных беспроводных систем передачи информации является использование антенных решеток, оснащенных блоком цифровой обработки сигналов, к числу которых можно отнести системы MIMO (Multiple Input Multiple Output – множественные входы, множественные выходы), а также адаптивные (смарт) антенны. Основное преимущество такого подхода заключается в пространственном разнесении антенны, благодаря чему появляется возможность оценки угловых координат радиосигналов с последующим формированием диаграммы направленности. Известно, что одним из факторов снижения точности таких систем является недостаточная изученность влияния геометрии решетки совместно с различного рода антенными элементами. Работа посвящена получению формы плоской антенной решетки с более высокой точностью пеленгации. Описывается алгоритм вычисления такого расположения антенных элементов плоских антенных решеток, при котором среднеквадратическое отклонение оценок угловых координат одного и двух источников радиосигналов снижается. Предлагаемый подход основан на анализе влияния расположения антенн на дисперсию оценок, описываемой нижней границей Крамера – Рао. Данная величина позволяет установить влияние расположения антенных элементов на точность оценки направления прихода совместной оценки с двумя источниками сигнала. Показано, что точность несовместной оценки направления прихода определяется как сумма квадратов разностей между всеми координатами всенаправленных элементов по осям $X$ и $Y$ при поступлении одного сигнала. Если поступают два сигнала, то точность совместной оценки направления прибытия зависит от суммы косинусов, имеющих аргумент с разницей между координатами датчика и радиус-векторами сигналов. Оптимальное расположение антенных элементов с использованием полученных выражений может быть очень легко рассчитано для уменьшения ошибок пеленгования вблизи определенных секторов. Для подтверждения предложенной методики исследованы антенные решетки, построенные после минимизации границы Крамера – Рао, где целевыми функциями являются новые выражения. Установлено, что новые формы антенных решеток, основанные на аналитических выражениях, позволяют повысить точность определения направления прихода сигналов по сравнению с кольцевыми.